JP2000265964A

JP2000265964A - 小型ポンプ

Info

Publication number: JP2000265964A
Application number: JP11072766A
Authority: JP
Inventors: Tomonobu Tomita; 知伸冨田; Yoshimasa Mitsuya; 芳正三矢
Original assignee: Kasei Optonix Ltd
Current assignee: Kasei Optonix Ltd
Priority date: 1999-03-17
Filing date: 1999-03-17
Publication date: 2000-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】吐出安定性を向上した小型のポンプを提供す
る。【解決手段】ケーシング（１）内で、吸い込み側逆止
弁（６）の上流側に設けられ、所定容量の上記搬送流体
が貯溜可能な吸い込み側液溜室（３）と、吸い込み側液
溜室（３）内の一部に充填された柔軟な吸い込み側発泡
体層（４）と、ケーシング（１）内で、吐出側逆止弁
（１２）の下流側に設けられ、所定容量の上記搬送流体
が貯溜可能な吐出側液溜室（９）と、吐出側液溜室
（９）内の一部に充填された柔軟な吐出側発泡体層（１
０）とを備えてなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ダイアフラム型の
小型ポンプに関し、特に、吐出安定性を向上させた小型
ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のダイアフラム型の小型ポンプに
は、例えば、圧電素子からなる振動子（以下、「圧電振
動子」という）を用いたものがある。圧電振動子を用い
たポンプは、ケーシングの内周面に設けた固定用パッキ
ンを介して圧電振動子の外周部を密封支持し、この圧電
振動子に交流電圧を印加して上記圧電振動子を振動させ
ることにより、搬送流体を吸い込み口から吸い込み用逆
止弁を通して、ポンプ室に吸い込み、このポンプ室内に
吸い込んだ流体を吐出用逆止弁を通して吐出口から吐出
する構成になっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
小型ポンプの場合、１回あたりの搬送流体の吐出量が少
量であり、例えば、直径２５ｍｍのバイモルフ型圧電振
動子を駆動源として用い、交流１００Ｖで駆動した場合
には、吐出量は０．０１ｍｌ／Ｈｚ程度であり、５０Ｈ
ｚ時に０．５ｍｌ／ｓｅｃとなる。このときに搬送流体
が零速度から最大速度への流速変化を伴う激しい流れ
が、１秒間に５０回も繰り返し行われるため、搬送流体
による脈動が生じて流路抵抗が極めて大きくなるという
問題がある。かかる流速、吐出圧変化による脈動によ
り、ポンプ系全体として共振が生じるため、ポンプ姿勢
や、配管長さが変化した場合に流量や吐出圧が変化する
という問題点がある。なお、ポンプ姿勢とは、ポンプを
設置する向きのことをいう。また、配管長さにより、流
量、吐出圧が変化するのは、ケーシングに搬送流体を供
給する配管内には、振動によって搬送流体の粗密波であ
る定在波ができるが、配管長さを変えると、粗密波の腹
及び節の位置が変わり、流量圧力が変動するためであ
る。

【０００４】このため、吸入側においては逆止弁の上流
側に、吐出側においては逆止弁の下流側に閉ざされた空
間を有する液溜室を設け、圧力変動を緩和させることが
行われているが、前記のように例えば直径が２５ｍｍ程
度と小さな圧電素子を用いた小型ポンプの場合には十分
な空間容積を確保するのが困難であり、小型化への障害
となっていた。

【０００５】また、かかる液溜室は、ポンプ姿勢の変化
によって逆止弁との相対的な位置が変化するために、そ
の容積が変動し、ポンプ性能も変化してしまうという問
題点がある。

【０００６】そこで、本発明は、小型ポンプにおいて緩
衝空間を設けることにより流速変動を緩和させて吐出安
定性を向上した小型のポンプを提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、ケーシング（１）と、ケー
シング（１）内に搬送流体を流入する吸い込み流路
（２）と、ケーシング（１）内から搬送流体を吐出する
吐出流路（８）と、ケーシング（１）内に吸入口及び吐
出口を有する隔室として配設され、駆動源により往復振
動を行うダイヤフラムを内部に有して上記搬送流体の吸
入及び吐出を行うポンプ室（１３）と、ポンプ室（１
３）の吸込口に設けられ、吸い込み流路（２）に連通し
上記搬送流体の逆流を防止する吸い込み側逆止弁（６）
と、ポンプ室（１３）の吐出口に設けられ、吐出流路
（８）に連通し上記搬送流体の逆流を防止する吐出側逆
止弁（１２）とを有してなる小型ポンプにおいて、ケー
シング（１）内で、吸い込み側逆止弁（６）の上流側に
設けられ、所定容量の上記搬送流体が貯溜可能な吸い込
み側液溜室（３）と、吸い込み側液溜室（３）内の一部
に充填された柔軟な吸い込み側発泡体層（４）と、ケー
シング（１）内で、吐出側逆止弁（１２）の下流側に設
けられ、所定容量の上記搬送流体が貯溜可能な吐出側液
溜室（９）と、吐出側液溜室（９）内の一部に充填され
た柔軟な吐出側発泡体層（１０）とを備えてなることを
特徴とする。

【０００８】かかる構成では、吸入口及び吐出口に各々
一対の逆止弁（６，１２）を備えたポンプ室（１３）内
で、ポンプ室（１３）内のダイアフラムの往復振動によ
り圧縮膨張を繰り返し、搬送流体が吸い込み流路（２）
から、吐出流路（８）に向かって流れるが、この際に生
じる脈動が柔軟な発泡体層（４，１０）の体積変化によ
って緩和されるため、流速及び流動に伴う流路抵抗も平
準化され且つ脈動に伴う配管の共振による流量変化も抑
制されるので、流量および吐出圧力が安定化する。ま
た、従来の液溜室のみを設ける場合とは異なり、振動吸
収を行う発泡体層（４，１０）の搬送流体と接する部分
の面積は常に一定であるので、ポンプの取り付け姿勢が
変化した際の流量および吐出圧力の変化も緩和される。

【０００９】請求項２記載の発明は、上記ダイヤフラム
の往復運動は、圧電振動子（７）により行い、圧電振動
子（７）は、交流電源によって駆動されることを特徴と
する。

【００１０】かかる構成では、圧電振動子（７）が交流
電源によって撓み変化し、電圧変化に応じた往復振動を
すると、ケーシング（１）と一対の逆止弁（６，１２）
と圧電振動子（７）とによって構成された空間が圧縮膨
張を繰り返し、搬送流体が吸い込み流路（２）から吐出
流路（８）に向かって流れる。このため、簡易に、小型
ポンプを構成することができる。

【００１１】請求項３記載の発明は、吸い込み側発泡体
層（４）又は吐出側発泡体層（９）は、柔軟なゴムまた
は樹脂材料からなることを特徴とする。

【００１２】かかる構成では、柔軟なゴムまたは樹脂材
料からなることにより、その弾力性が搬送流体量の変化
を緩和するのに適切なため、吐出安定性の作用があり好
ましい。

【００１３】請求項４記載の発明は、吸い込み側発泡体
層（４）又は吐出側発泡体層（９）が搬送流体と接する
部分の面積は、圧電振動子（７）が１回の往復運動によ
り吐出される体積１ｃｍ^３に対して、約１０ｃｍ^２以上
であることを特徴とする。

【００１４】かかる構成では、吸い込み側発泡体層
（４）又は吐出側発泡体層（９）が搬送流体と接する部
分の面積をこの程度とすることにより、脈動による搬送
流体量の変化を緩和するのに十分となり吐出安定性が向
上する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図面に基づ
いて説明する。図１は本発明の実施の形態を示すもので
ある。

【００１６】本発明の実施の形態の小型ポンプは、基本
的には、ケーシング１と、ケーシング１内に搬送流体を
流入する吸い込み流路２と、ケーシング１内から搬送流
体を吐出する吐出流路８と、ケーシング１内に吸入口及
び吐出口を有する隔室として配設され、駆動源により往
復振動を行うダイヤフラムを内部に有して上記搬送流体
の吸入及び吐出を行うポンプ室１３と、ポンプ室１３の
吸込口に設けられ、吸い込み流路２に連通し上記搬送流
体の逆流を防止する吸い込み側逆止弁６と、ポンプ室１
３の吐出口に設けられ、吐出流路８に連通し上記搬送流
体の逆流を防止する吐出側逆止弁１２とを有して構成さ
れる。図２に示すように、ケーシング１は、上側部１ａ
と、中間部１ｂと、下側部１ｃとからなり、中間部１ｂ
及び下側部１ｃとの間に圧電振動子７の周縁を挟持させ
てポンプ室１３を構成する。中間部１ｂの上面側には、
液溜室３，９の下側部分が形成され、吸い込み側及び吐
出側各々にポンプ室１３の吸い込み口及び吐出口が開口
形成されている。逆止弁６，１２は、その吸い込み口及
び吐出口に各々取り付けられる。また、上側部１ａの下
面側には、液溜室３，９の上側部分が形成され、中間部
１ｂと組み合わされて液溜室３，９を構成する。液溜室
３，９の上側部分に発泡体層４，１０が充填されるよう
に配設される。

【００１７】本発明の小型ダイヤフラム式ポンプでは、
ダイヤフラムの往復運動は、圧電振動子７により行う。
圧電振動子７は圧電体の撓み変化を応用するユニモル
フ、バイモルフ等の素子が用いられ、交流電源によって
駆動される。図３に示すように、圧電振動子７は、搬送
流体と接する側から順に、接液シート７ｄ、保護シート
７ｃ、圧電素子７ｂ及び保護シート７ａとから構成され
る。なお、図２に示すように、圧電振動子７には、交流
電源と接続するための配線７ｅが取り付けられている。

【００１８】本発明では、所定容量の上記搬送流体の貯
溜可能な吸い込み側液溜室３が、ケーシング１内の吸い
込み側逆止弁６の上流側に設けられ、吸い込み側液溜室
３内の一部に柔軟な吸い込み側発泡体層４が充填され、
所定容量の上記搬送流体の貯溜可能な吐出側液溜室９
が、ケーシング１内の吐出側逆止弁１２の下流側に設け
られ、吐出側液溜室９内の一部に柔軟な吐出側発泡体層
１０が充填されていることを特徴とする。

【００１９】発泡体層４，１０は、柔軟な材料で、吸い
込み側液溜室３および吐出側液溜室９の壁の一部分を構
成するように設けられる。発泡体層４，１０は、例えば
シリコンゴム、ブチルゴム、フッソゴム、ポリウレタン
ゴム等の柔軟なゴム材料や、ポリエチレン、ポリプロピ
レン等の柔軟な樹脂材料の発泡体からなり、その厚さが
０．２ｍｍ以上である。厚さが０．２ｍｍよりも薄くな
ると、発泡体層４，１０が圧力によって潰れきってしま
うためにポンプ駆動に伴う液溜室３，９の容積変化に追
従できなくなるので好ましくない。発泡体層４，１０の
厚さは、０．２ｍｍ以上であれば、薄いものを複数枚積
層して使用しても良いし、厚いものを１枚としても良
い。

【００２０】発泡体層４，１０は、その機能を保持する
ために、搬送流体が内部に浸透しないようにする必要が
あり、気泡が独立して存在する独立気泡体構造である必
要がある。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ゴ
ム等の発泡体が好ましい。ウレタン、スポンジ等である
連続気泡体からなる発泡体を用いる場合には、その外周
部分を気密性フィルムで被覆することが必要である。

【００２１】発泡体層４，１０が搬送流体と接する部分
の面積は、圧電振動子７が１回の往復振動するに際して
吐出される搬送流体の容積１ｃｍ^３に対して１０ｃｍ^２
以上が好ましい。発泡体層４，１０が搬送流体と接する
面積が小さいと、圧電振動子７の駆動により生じる搬送
流体量の変化を緩和するのに不十分となり、吐出安定性
の作用が減少するので好ましくない。

【００２２】上述の発泡体層４，１０が搬送流体と接す
る部分の面積と、圧電振動子７が１回の往復振動におい
て吐出される搬送流体の容積との関係について、具体的
に説明する。（１）圧電振動子７の素子径５０ｍｍの場合圧電振動子７の素子中央部の変位はＡＣ１００Ｖ印加時
に３００ミクロンで、吐出量が５０Ｈｚ時に４００ｍｌ
／ｍｉｎとすると、１回あたりの吐出量は次式で求めら
れる。４００ｍｌ／ｍｉｎ／６０／５０＝０．１３ｍｌ
／Ｈｚ発泡体層４，１０が搬送流体と接する部分の面積を、
５．５ｃｍ^２／片側とすると、倍率＝５．５／０．１３
＝４２倍となる。

【００２３】（２）圧電振動子７の素子径２５ｍｍの場
合圧電振動子７の素子中央部の変位はＡＣ１００Ｖ印加時
に１００ミクロンで、吐出量が５０Ｈｚ時に３０ｍｌ／
ｍｉｎとすると、１回あたりの吐出量は次式で求められ
る。３０ｍｌ／ｍｉｎ／６０／５０＝０．０１ｍｌ／Ｈ
ｚ発泡体層４，１０が搬送流体と接する部分の面積を、を
０．７８５ｃｍ^２／片側とすると、倍率＝０．７８５／
０．０１＝７８．５倍となる。

【００２４】従って、発泡体層４，１０が搬送流体と接
する部分の面積は、圧電振動子７が１回の往復振動にお
いて吐出する容積１ｃｍ^３に対して、各々約１０ｃｍ^２
以上というのは、０．０１ｍｌに対して１０ｃｍ^２であ
るので、約１００倍となるため、容積変化を緩和するの
に十分な大きさとなり、作用効果を十分に達成すること
ができる大きさであるといえる。かかる構成とすること
により、液溜室３，９の搬送流体は常に流速変動に対す
る緩和作用を得ることが可能になる。

【００２５】また、本願発明では、隔膜がないので、ポ
ンプ下向きのときには発泡体層が、空気室として作用す
るため、ポンプ姿勢変化によって、容積が変動するとい
う問題は生じない。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、吸入
口及び吐出口に各々一対の逆止弁（６，１２）を備えた
ポンプ室（１３）内で、ポンプ室（１３）内のダイアフ
ラムの往復振動により圧縮膨張を繰り返し、搬送流体が
吸い込み流路（２）から、吐出流路（８）に向かって流
れるが、この際に生じる脈動が柔軟な発泡体層（４，１
０）の体積変化によって緩和されるため、流速及び流動
に伴う流路抵抗も平準化され且つ脈動に伴う配管の共振
による流量変化も抑制されるので、流量および吐出圧力
が安定化する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す断面構成図である。

【図２】図１の分解斜視図である。

【図３】圧電振動子の分解斜視図である。

【符号の説明】

１ケーシング２吸い込み流路３吸い込み側液溜室４吸い込み側発泡体層６吸い込み側逆止弁７圧電振動子８吐出流路９吐出側液溜室１０吐出側発泡体層１２吐出側逆止弁１３ポンプ室

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ケーシング（１）と、ケーシング（１）
内に搬送流体を流入する吸い込み流路（２）と、ケーシ
ング（１）内から搬送流体を吐出する吐出流路（８）
と、ケーシング（１）内に吸入口及び吐出口を有する隔
室として配設され、駆動源により往復振動を行うダイヤ
フラムを内部に有して上記搬送流体の吸入及び吐出を行
うポンプ室（１３）と、ポンプ室（１３）の吸込口に設
けられ、吸い込み流路（２）に連通し上記搬送流体の逆
流を防止する吸い込み側逆止弁（６）と、ポンプ室（１
３）の吐出口に設けられ、吐出流路（８）に連通し上記
搬送流体の逆流を防止する吐出側逆止弁（１２）とを有
してなる小型ポンプにおいて、ケーシング（１）内で、吸い込み側逆止弁（６）の上流
側に設けられ、所定容量の上記搬送流体が貯溜可能な吸
い込み側液溜室（３）と、吸い込み側液溜室（３）内の一部に充填された柔軟な吸
い込み側発泡体層（４）と、ケーシング（１）内で、吐出側逆止弁（１２）の下流側
に設けられ、所定容量の上記搬送流体が貯溜可能な吐出
側液溜室（９）と、吐出側液溜室（９）内の一部に充填された柔軟な吐出側
発泡体層（１０）とを備えてなることを特徴とする小型
ポンプ。
【請求項２】上記ダイヤフラムの往復運動は、圧電振
動子（７）により行い、圧電振動子（７）は、交流電源
によって駆動されることを特徴とする請求項１記載の小
型ポンプ。
【請求項３】吸い込み側発泡体層（４）又は吐出側発
泡体層（９）は、柔軟なゴムまたは樹脂材料からなるこ
とを特徴とした請求項１又は２記載の小型ポンプ。
【請求項４】吸い込み側発泡体層（４）又は吐出側発
泡体層（９）が搬送流体と接する部分の面積は、圧電振
動子（７）が１回の往復運動により吐出される体積１ｃ
ｍ^３に対して、約１０ｃｍ^２以上であることを特徴とす
る請求項１〜３の何れかに記載の小型ポンプ。
【請求項５】吸い込み側発泡体層（４）又は吐出側発
泡体層（９）は、内部に気泡が独立して存在する独立気
泡構造からなることを特徴とする請求項１〜４の何れか
に記載の小型ポンプ。