JP2001193656A

JP2001193656A - 圧電素子ポンプ

Info

Publication number: JP2001193656A
Application number: JP2000007456A
Authority: JP
Inventors: Toru Ito; 徹伊藤
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2000-01-17
Filing date: 2000-01-17
Publication date: 2001-07-17

Abstract

(57)【要約】【課題】ポンプ動作のロスが小さい圧電素子ポンプ
を提供すること。【解決手段】本発明は、圧電素子を貼着した振動板を
撓ませ、それによってポンプ室内の容積を変化させて流
体を吸入／圧送する圧電素子ポンプに関し、そこに設け
られた逆止弁が、環状に形成された支持部５１と、支持
部５１から内側に突き出された可撓部５２と、その可撓
部５２を介して支持部５１の略中心に配置された弁体部
５３とが樹脂フィルムで形成されたバルブシート４１／
４２を有し、そのバルブシート４１／４２が、支持部５
１を挟み込まれて取り付けられ、入力側弁孔及び出力側
弁孔を塞ぐ弁体部５３が、可撓部５２の撓みによって開
閉を行うものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電素子ポンプに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】圧電素子ポンプは、圧電素子の歪みによ
って撓む振動板によって流体を吸入／圧送して供給する
ものである。ここで、図４は、従来の圧電素子ポンプを
示す断面図である。従来の圧電素子ポンプは、図４に示
すように、入力ポート１０１と出力ポート１０２が形成
されたボディ１０３に、断面凹形のインナープレート１
０４がはめ込まれ、そのインナープレート１０４の凹部
内に、圧電素子１０５が貼り合わされた振動板１０６が
はめ込まれている。振動板１０６の下にはポンプ室１０
９が形成され、そこに入力ポート１０１と出力ポート１
０２とが連通するように、入力側弁孔１０７と出力側弁
孔１０８とが形成されている。そして、その入力側弁孔
１０７には、アンブレラ弁１１０が傘部をポンプ室１０
９側に配置させ、そしてもう一方の出力側弁孔１０８に
は、アンブレラ弁１１１が傘部を出力ポート１０２側に
配置させて各々取り付けられている。これにより、入力
ポート１０１からポンプ室１０９を通って出力ポート１
０２への一方通行の流路が形成されている。

【０００３】そこで、このような圧電素子ポンプでは、
通電した圧電素子１０５の歪みによって振動板１０６が
上下に撓むと、ポンプ室１０９内の容積が変化し、その
ポンプ動作によって流体が供給される。具体的には、ポ
ンプ室１０９が広くなって圧力が低くなると、入力ポー
ト１０１からアンブレラ弁１１０を撓ませて流体がポン
プ室１０９に吸入され、次いでポンプ室１０９が狭くな
って圧力が高まると、そのポンプ室１０９内の流体がア
ンブレラ弁１１１を撓ませて出力ポート１０２へと圧送
される。

【０００４】ところが、こうした圧電素子ポンプは、圧
電素子１０５による振動板１０６の撓み量が小さいの
で、ポンプ室１０９内の容積変化も小さい。そのため、
アンブレラ弁１１０，１１１の傘部を撓ませるために多
くのエネルギーが消費されてしまい、その分流体の送り
量が少なくなってしまって振動板１０６によるポンプ動
作のロスが大きかった。そこで、効率よく燃料を供給で
きる圧電素子ポンプが要求されたが、そうした観点で従
来技術を見た場合、例えば実開昭６３−１４５０６８号
の圧電素子ポンプを挙げることができる。図５は、実開
昭６３−１４５０６８号のマイクロフィルムに記載され
た逆止弁取付構造を示す断面図である。

【０００５】これは、ボディ２０１に穿設した弁孔２０
２，２０２の開口部を塞ぐように、薄板状の弁体２０４
を弁座２０３に押圧させ、その弁体２０４の中心を取付
弁座２０５に対し座金２０６を介して取付ネジ２０７で
取付けるようにしたものである。そして、こうした逆止
弁を使用すれば、弁体２０４が薄板状のものであるた
め、弁を開ける際の抵抗が小さくなって、圧電素子ポン
プにおけるポンプ動作のロスが小さくなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、弁体２
０４は、座金２０６に押さえ付けられて撓みが制限され
た部分と、流体圧を受けて撓む部分との境界であるＰ部
に大きな変形が生じるため、その部分に曲げが生じてし
まい、閉鎖性を損なうなどの問題などがあった。その一
方で弁体２０４の剛性を高めれば、弁の開きが小さくな
って、やはり振動板によるポンプ動作のロスが大きくな
る。また、この逆止弁構造では、その弁体２０４の中心
部を取付ネジ２０７で押さえ付けているため弁体２０４
の外側が反りやく、このようなことからも閉塞性を低下
させるので、反り返りを考慮して弁座２０３に段差Ｈを
設ける必要があった。

【０００７】そこで、本発明は、かかる課題を解決する
ためになされたものであり、ポンプ動作のロスが小さい
圧電素子ポンプを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の圧電素子ポンプ
は、圧電素子を貼着した振動板によって塞いだポンプ室
に、入力ポート及び出力ポートを入力側弁孔又は出力側
弁孔を介してそれぞれ連通し、その入力側弁孔のポンプ
室側と出力側弁孔の出力ポート側とに逆止弁を設け、振
動板の撓みによるポンプ室の容積変化によって流体を吸
入／圧送するものであって、前記逆止弁は、環状に形成
された支持部と、その支持部から内側に突き出された可
撓部と、その可撓部を介して支持部の略中心に配置され
た弁体部とが樹脂フィルムで形成されたバルブシートを
有し、そのバルブシートが、支持部を挟み込まれて取り
付けられ、前記入力側弁孔及び出力側弁孔を塞ぐ弁体部
が可撓部の撓みによって開閉を行うことを特徴とする。

【０００９】従って、本発明の圧電素子ポンプによれ
ば、逆止弁の弁体であるバルブシートを樹脂フィルムで
形成しているため、弁を開く際の抵抗が小さく、ポンプ
動作のロスを小さくすることができた。そして、そのバ
ルブシートは、固定部と弁体部との間に可撓部を介在さ
せるようにしたので、撓みが生じる可撓部には固定部と
の境界部分が大きく変形して曲げられるようなこともな
い。そのため、閉鎖性を安定させることができる。

【００１０】また、本発明の圧電素子バルブは、前記バ
ルブシートが、嵌合凹部内に入れられ、その嵌合凹部内
に固くはめ込まれる環状リングによって、前記支持部が
挟み込まれて取り付けられることを特徴とする。従っ
て、本発明の圧電素子ポンプによれば、取付けが簡単
で、しかも高さ方向の寸法も小さくすることができた。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る圧電素子ポン
プの一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態の圧電素子ポンプの断面図である。
圧電素子ポンプ１は、ポンプ本体２にインナープレート
３及びカバー７が一体に組み付けられて構成されてい
る。ポンプ本体２は、側方に突設された入力ポート１１
と出力ポート１２とが形成され、それらがインナープレ
ート３及びカバー７をはめ込むための上方に突設された
円筒部１３内に連通している。インナープレート３は、
ポンプ本体２の円筒部１３に嵌合可能な円盤形状をした
ものである。ここで、図２は、インナープレート３を示
した図であり、そのうち図（ａ）は平面図で、図（ｂ）
は裏面図である。なお、図１のインナープレート３は、
図２（ａ）のＡ−Ａ断面を示したものである。

【００１２】インナープレート３は、周縁部に突設され
た円筒凹部２１を有し、円筒凹部２１内の底面には、外
周部に平坦な環状の固定面２２が形成され、その内側に
は曲率半径の大きな曲面２３が形成されている。こうし
たインナープレート３には、円筒凹部２１内にほぼ同径
の振動板３１がはめ込まれている。振動板３１は、その
周縁部がカバー４によってインナープレート３の固定面
２２に対し押さえ付けられるようにして挟み込まれてい
る。そして、この振動板３１に塞がれた湾曲面２３との
間の空間がポンプ室４０になる。

【００１３】ところで、この振動板３１は円盤状の金属
板であり、その上面には圧電素子３２が貼り合わされて
いる。圧電素子３２は、上下両面に電極がコーティング
されており、その上面の電極には直接リード線３３が接
続され、もう一方の振動板３１に張り合わされた下面の
電極にはその振動板３１を介して不図示のリード線が接
続されている。そして、振動板３１のポンプ室４０側の
面には、絶縁フィルム等により絶縁処理が施されてい
る。

【００１４】また、インナープレート３には、こうして
ポンプ室４０を構成する湾曲面２３の部分に、図１に示
すような入力ポート１１に連通する入力側弁孔２５と、
出力ポート１２に連通する出力側弁孔２６が穿設されて
いる。そして、その弁孔２５，２６には、逆止弁を構成
するバルブシート４１，４２を配置させるための嵌合凹
部２７，２８がそれぞれに形成されている。特に入力側
弁孔２５の嵌合凹部２７はポンプ室４０側に、もう一方
の出力側弁孔２６の嵌合凹部２８は出力ポート１２側に
形成されている。更に、こうしたインナープレート３に
は、両弁孔２５，２６をつなぐように湾曲面２３に連絡
溝２９が形成されている。

【００１５】次に、図３は、バルブシート４１，４２を
示す平面図である。バルブシート４１，４２は、厚さ
０．０５ｍｍのポリエステルフィルムから形成されたも
のであり、円形にカットしたシートから更にＣ形に内部
をカットしたものである。そのため、バルブシート４
１，４２は、図示するように環状の支持部５１から中心
方向に可撓部５２が突き出され、それに連続して支持部
５１のほぼ中心に弁体部５３が位置するように形成され
ている。そして、こうしたバルブシート４１，４２は、
それぞれ嵌合凹部２７，２８内に固くはめ込まれた環状
リング４３，４４によって抜け落ちないように取り付け
られている。即ち、シートバルブ４１，４２は、支持部
５１が環状リング４３，４４によって嵌合凹部２７，２
８の底面に押し付けられるようにして挟み込まれ、それ
によって弁体部５３も嵌合凹部２７，２８の底面に当て
られ、その嵌合凹部２７，２８の中心に穿設された弁孔
２５，２６を塞いでいる。

【００１６】続いて、このように構成された圧電素子ポ
ンプ１は、通電した圧電素子３２の歪みによって振動板
３１が上下に撓むと、ポンプ室４０内の容積が変化し、
そのポンプ動作によって流体が供給される。具体的に
は、先ず振動板３１が上方に撓んでポンプ室４０内の容
積が大きくなると、そのポンプ室４０内の圧力が下が
る。そのため、入力側のバルブシート４１は、その可撓
部５２がポンプ室４０側に撓められて弁体部５３が入力
側弁孔２５を開けるとともに、入力ポート１１からの流
体がその弁体部５３を押し上げてポンプ室４０内に吸入
される。このとき、出力側のバルブシート４２は、ポン
プ室４０内の圧力低下により弁体部５３が引き上げられ
て出力側弁孔２６を塞いでいる。

【００１７】そして、こうした流体の吸入に連続して振
動板３１が下方に撓んでポンプ室４０内の容積が小さく
なると、ポンプ室４０内に充填された流体が加圧され
る。加圧された流体は、出力側弁孔２６を塞いでいたシ
ートバルブ４２の弁体部５３を押し下げ、可撓部５２を
撓ませて開弁させる。一方、入力側のバルブシート４１
は、流体圧を受けた弁体部５３によって入力側弁孔２５
を塞いでいる。よって、ポンプ室４０に吸入された流体
は、バルブシート４１に遮断されて入力ポート１１側へ
逆流することはなく出力ポート１２側へと押し流され
る。従って、再び振動板３１によってポンプ室４０内の
容積が大きくなれば流体が吸入され、そして小さくなれ
ば吸入された流体が圧送され、この動作が繰り返され流
体が供給される。なお、ポンプ室４０の二次側流体は、
流体圧を受けたバルブシート４２の弁体部５３によって
出力側弁孔２６が塞がれるので、ポンプ室４０内に逆流
することはない。

【００１８】このように、本実施形態の圧電素子ポンプ
１では、バルブシート４１，４２によって逆止弁を構成
することで流体の供給を可能とした。そして、このバル
ブシート４１，４２は、厚さ０．０５ｍｍの極めて薄い
ポリエステルフィルムで形成したので、その可撓部５２
を容易に撓ませて開弁させることができ、ポンプ動作の
ロスをなくした極めて効率の良い流体の供給が可能とな
った。また、こうした撓みやすい材質でしかも非常に薄
いバルブシート４１，４２はそれ自体の強度は低いが、
本実施形態では、図２に示すように支持部５１と弁体部
５３との間に可撓部５２を設け、弁孔から流れ出る流体
の圧力を弁体部５３が受け、そして可撓部５２が撓むよ
うにしたので、図５に示した従来の弁体２０４のように
局所的に変形や応力が大きくなる部分（Ｐ部）がないた
め、バルブシート４１，４２が曲げられるようなことは
なく、逆流を防止するための閉鎖性を安定させることが
できた。

【００１９】また、本実施形態のバルブシート４１，４
２は、取付けのための支持部５１を環状に形成し、その
中心に弁体部５３が位置する形状としたので、弁孔２
５，２６を一つの孔で済ますことがができた。なお、図
３や図４で示した従来例のものでは、一つの逆止弁に複
数の弁孔が形成されている。また、バルブシート４１，
４２は、嵌合凹部２７，２８内に固くはめ込まれた環状
リング４３，４４で支持部５１が挟み込まれて取付けら
れるようにしたので、取付けが簡単で、しかも高さ方向
の寸法も小さくすることができたので、圧電素子ポンプ
１のコンパクト化に寄与する。

【００２０】以上、本発明に係る圧電素子ポンプの一実
施形態について説明したが、本発明は、これに限定され
ることなくその趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更
可能である。例えば、前記実施形態で示したバルブシー
ト４１，４２の材質や厚さに変更を加えることなどであ
る。

【００２１】

【発明の効果】本発明は、逆止弁を、環状に形成された
支持部と、その支持部から内側に突き出された可撓部
と、その可撓部を介して支持部の略中心に配置された弁
体部とが樹脂フィルムで形成されたバルブシートを有
し、そのバルブシートが、支持部を挟み込まれて取り付
けられ、入力側弁孔及び側弁孔を塞ぐ弁体部が、可撓部
の撓みによって開閉を行うようにしたので、ポンプ動作
のロスが小さい圧電素子ポンプを提供することを可能と
した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る圧電素子ポンプの一実施形態を示
した断面図である。

【図２】インナープレート３を示した図である。

【図３】バルブシート４１，４２を示した図である。

【図４】従来の圧電素子ポンプを示した断面図である。

【図５】実開昭６３−１４５０６８号のマイクロフィル
ムに記載された、逆止弁取付構造を示す断面図である。

【符号の説明】

１圧電素子ポンプ２ポンプ本体３インナープレート４カバー２５入力側弁孔２６出力側弁孔２７，２８嵌合凹部３１振動板３２圧電素子４０ポンプ室４１，４２バルブシート４３，４４環状リング５１支持部５２可撓部５３弁体部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電素子を貼着した振動板によって塞い
だポンプ室に、入力ポート及び出力ポートを入力側弁孔
又は出力側弁孔を介してそれぞれ連通し、その入力側弁
孔のポンプ室側と出力側弁孔の出力ポート側とに逆止弁
を設け、振動板の撓みによるポンプ室の容積変化によっ
て流体を吸入／圧送する圧電素子ポンプにおいて、前記逆止弁は、環状に形成された支持部と、その支持部
から内側に突き出された可撓部と、その可撓部を介して
支持部の略中心に配置された弁体部とが樹脂フィルムで
形成されたバルブシートを有し、そのバルブシートが支
持部を挟み込まれて取り付けられ、前記入力側弁孔及び
出力側弁孔を塞ぐ弁体部が、可撓部の撓みによって開閉
を行うことを特徴とする圧電素子バルブ。
【請求項２】請求項１に記載の圧電素子バルブにおい
て、前記バルブシートは、嵌合凹部内に入れられ、その嵌合
凹部内に固くはめ込まれる環状リングによって、前記支
持部が挟み込まれて取り付けられることを特徴とする圧
電素子バルブ。