JP2007138884A

JP2007138884A - Piezoelectric pump

Info

Publication number: JP2007138884A
Application number: JP2005336670A
Authority: JP
Inventors: Hisaya Kuribayashi; 久也栗林; Takashi Akai; 隆志赤井; Yusuke Mori; 優介森; Yoshiaki Nishioka; 義彰西岡
Original assignee: Silver Co Ltd
Current assignee: Silver Co Ltd
Priority date: 2005-11-22
Filing date: 2005-11-22
Publication date: 2007-06-07

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To secure electric insulating performance and a pump performance by sealing a pump room without impairing piezoelectric performance of a piezoelectric element in a piezoelectric pump for carrying liquid. <P>SOLUTION: This piezoelectric pump 1 has an element mold product 4 of embedding a bimorph type piezoelectric element 41 in an elastic body 42 in the pump room 3 for sucking and discharging the carrying liquid, and carries the liquid by operating the pump by vibration of the element mold product 4 by an impression of AC voltage on the bimorph type piezoelectric element 41. Since the bimorph type piezoelectric element 41 is molded by silicone rubber vulcanizable at the low temperature, the piezoelectric performance is not impaired. Sealability and the electric insulating performance of the pump room 3 are secured while dispersing stress by a projection of a lead wire 5 and a soldering part by sandwiching a thick peripheral part of the element mold product 4 by a casing 2. The pump performance is secured by reducing efficiency reduction in pump operation by molding a central part of the element mold product 4 in the necessary minimum thickness. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、圧電素子が弾性体に埋め込まれた素子モールド品の振動面の振動によるポンプ動作によって液体搬送を行う圧電ポンプに関する。 The present invention relates to a piezoelectric pump that transports liquid by a pump operation by vibration of a vibration surface of an element mold product in which a piezoelectric element is embedded in an elastic body.

従来から、この種の圧電ポンプは、例えば図８に示すように、ケーシング２の内部にポンプ室３を有し、このポンプ室３の内部に素子モールド品４を備え、この素子モールド品４の周辺部をＯリング１１により挟持され、ポンプ室３の同一面に形成された吸入口６と吐出口７には、それぞれの方向性を持たせた吸入側逆止弁８１と吐出側逆止弁８２とが配設されたものである。ここに、素子モールド品４は、バイモルフ型圧電素子４１を弾性体４２に埋め込まれ、図９に示すように、素子モールド品４の中央部は、素子モールド品４の周辺部の弾性体４２の表面高さと略同一となるように厚肉にモールドされている。圧電ポンプ１は、バイモルフ型圧電素子４１への交流電圧印加により、素子モールド品４の振動面が振動し、この振動によるポンプ動作によって液体搬送を行うものである。 Conventionally, this type of piezoelectric pump has a pump chamber 3 in a casing 2 as shown in FIG. 8, for example, and an element mold product 4 is provided in the pump chamber 3. A suction-side check valve 81 and a discharge-side check valve having peripheral directions sandwiched between O-rings 11 and having suction ports 6 and discharge ports 7 formed on the same surface of the pump chamber 3. 82 is disposed. Here, in the element molded product 4, the bimorph type piezoelectric element 41 is embedded in the elastic body 42, and as shown in FIG. 9, the central part of the element molded product 4 is the elastic part 42 of the peripheral part of the element molded product 4. It is molded thick so as to be substantially the same as the surface height. The piezoelectric pump 1 is configured to vibrate the vibration surface of the element molded product 4 by applying an alternating voltage to the bimorph type piezoelectric element 41, and to transport the liquid by a pump operation by the vibration.

また、同様の圧電ポンプにおいて、例えば、特許文献１及び２に示されるように、チタン酸ジルコン酸鉛を成分とする圧電素子が使用され、この圧電素子の外周部がＯリングを取り付けたケーシングにより挟持されることによってポンプ室のシール性を確保するものが知られている。
また、例えば、特許文献３に示されるように、ケーシング内に逆止弁を備えたインナープレートと、底面に圧電素子が接着されたカートリッジとを重ねて組み込み、このインナープレートとカートリッジとの間にポンプ室を形成し、このポンプ室の周辺部にシール用のＯリングを配設した圧電ポンプが知られている。ここに、カートリッジは、圧電素子が接着された底面の振動部と、その周辺部にインナープレート側へ押し付ける厚肉円筒状のガイド部を備え、カートリッジのガイド部が、インナープレートの周辺部とＯリングとを押さえ付けることにより、Ｏリングを含むインナープレートとカートリッジとを密着させてポンプ室がシールされている。
また、例えば、特許文献４に示されるように、金属被膜で構成された絶縁膜を液体と接触する表面に固着させた圧電素子を密封シールとケーシングにより挟持してポンプ室を形成した圧電ポンプが知られている。
特許３４６０３０１号公報特開２００５−２０１２３５号公報特開２００２−１３０１３７号公報特開２００１−３２３８７９号公報 Moreover, in the same piezoelectric pump, for example, as shown in Patent Documents 1 and 2, a piezoelectric element containing lead zirconate titanate as a component is used, and the outer peripheral portion of the piezoelectric element is formed by a casing to which an O-ring is attached. One that secures the sealing performance of the pump chamber by being sandwiched is known.
In addition, for example, as shown in Patent Document 3, an inner plate having a check valve in a casing and a cartridge having a piezoelectric element bonded to the bottom are stacked and assembled, and between the inner plate and the cartridge. There is known a piezoelectric pump in which a pump chamber is formed and an O-ring for sealing is provided around the pump chamber. Here, the cartridge includes a vibrating portion on the bottom surface to which the piezoelectric element is bonded, and a thick cylindrical guide portion that is pressed toward the inner plate side on the periphery thereof, and the guide portion of the cartridge is connected to the peripheral portion of the inner plate and the O plate. By pressing the ring, the inner plate including the O-ring and the cartridge are brought into close contact with each other to seal the pump chamber.
Further, for example, as shown in Patent Document 4, there is a piezoelectric pump in which a pump chamber is formed by sandwiching a piezoelectric element in which an insulating film made of a metal film is fixed to a surface in contact with a liquid with a hermetic seal and a casing. Are known.
Japanese Patent No. 3460301 JP 2005-201235 A JP 2002-130137 A JP 2001-323879 A

しかしながら、上述した従来の圧電ポンプにおいて、圧電素子は、全面に亘って厚い弾性体で覆われているため、圧電素子の振動に対する抵抗となり、ポンプ性能は大幅に低下していた。圧電素子の応力と歪み量を効率良く得るためには、圧電素子を挟持する圧力と、圧電素子を挟持する位置の厳密な寸法精度とが必要であるが、圧電素子がＯリング等の密封シールにより挟持される場合、密封シールの組み込み寸法には許容差が必要であるため、この許容差の分だけ圧電素子を挟持する位置が変わってしまう。このため、圧電素子が挟持される圧力も変わり、ポンプの能力（液送量）にばらつきが生じる問題があった。 However, in the above-described conventional piezoelectric pump, since the piezoelectric element is covered with a thick elastic body over the entire surface, resistance to vibration of the piezoelectric element is caused, and the pump performance is greatly reduced. In order to efficiently obtain the stress and strain amount of the piezoelectric element, the pressure for sandwiching the piezoelectric element and the strict dimensional accuracy of the position for sandwiching the piezoelectric element are required, but the piezoelectric element is hermetically sealed such as an O-ring. In the case where the piezoelectric element is clamped by a gap, a tolerance is required for the dimension of the hermetic seal to be incorporated, and therefore the position where the piezoelectric element is clamped changes by this tolerance. For this reason, the pressure at which the piezoelectric element is sandwiched also changes, and there is a problem in that the pump capacity (liquid feed amount) varies.

また、チタン酸ジルコン酸鉛を成分とする圧電素子のキュリー点は、成分割合によって異なるが約１９０℃から約３２０℃の間にある。この圧電素子は、圧電素子温度がキュリー点の１／２以上となると、圧電性は減少し、圧電素子温度がキュリー点を超えると、圧電性は消滅してしまう。一般的なゴム材料を用いた成形は、２次加硫で１５０℃以上の熱を加えて成形するため、圧電素子を一般的なゴム成形でモールドすると、この熱が圧電素子に加わり、圧電性が劣化する問題があった。 The Curie point of the piezoelectric element containing lead zirconate titanate as a component is between about 190 ° C. and about 320 ° C., although it varies depending on the component ratio. In this piezoelectric element, when the piezoelectric element temperature becomes ½ or more of the Curie point, the piezoelectricity decreases, and when the piezoelectric element temperature exceeds the Curie point, the piezoelectricity disappears. Molding using a general rubber material is performed by applying heat of 150 ° C or higher in secondary vulcanization, so when a piezoelectric element is molded by general rubber molding, this heat is applied to the piezoelectric element, resulting in piezoelectricity. There was a problem of deterioration.

本発明は、上記従来例の問題を解決するためになされたものであり、圧電素子の圧電性を損なわず、ポンプ室のシール性、電気絶縁性及びポンプ性能が確保された圧電ポンプを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the conventional example, and provides a piezoelectric pump that does not impair the piezoelectricity of the piezoelectric element and ensures the sealing performance, electrical insulation, and pumping performance of the pump chamber. For the purpose.

上記目的を達成するために請求項１の発明は、搬送する液体を吸入及び排出するためのポンプ室と、このポンプ室内に配設された、バイモルフ型圧電素子が弾性体に埋め込まれている素子モールド品と、ポンプ室に形成された吸入口及び吐出口と、吸入口及び吐出口にそれぞれの方向性を持たせて配設された逆止弁と、を備え、バイモルフ型圧電素子への交流電圧印加により素子モールド品の振動面が振動し、この振動によるポンプ動作によって液体搬送を行う圧電ポンプにおいて、素子モールド品は、弾性体として用いられた低温加硫可能なシリコンゴムによりバイモルフ型圧電素子がモールドされており、素子モールド品の周辺部は、該素子モールド品の中央部より厚肉であるものである。 In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention provides a pump chamber for sucking and discharging a liquid to be conveyed, and an element in which a bimorph piezoelectric element disposed in the pump chamber is embedded in an elastic body. A molded product, and a suction port and a discharge port formed in the pump chamber, and a check valve disposed with the respective orientations of the suction port and the discharge port, and alternating current to the bimorph type piezoelectric element In the piezoelectric pump that vibrates the vibration surface of the element mold product by applying a voltage, and performs liquid conveyance by the pump operation by this vibration, the element mold product is composed of a bimorph type piezoelectric element by a low temperature vulcanizable silicon rubber used as an elastic body. The peripheral part of the element mold product is thicker than the central part of the element mold product.

請求項２の発明は、請求項１に記載の圧電ポンプにおいて、シリコンゴムは、加硫温度が約１４０℃以下であり、且つゴム硬度が約４０°から約７０°であるものである。 A second aspect of the present invention is the piezoelectric pump according to the first aspect, wherein the silicone rubber has a vulcanization temperature of about 140 ° C. or lower and a rubber hardness of about 40 ° to about 70 °.

請求項１の発明によれば、低温加硫のシリコンゴムは、加硫温度が低いため、一般的なゴム材料に比べて圧電素子の圧電性を損なうことなく、圧電素子にモールド加工を施すことが可能となる。このゴム成形により圧電素子がモールドされるため、電気絶縁性が確保される。厚肉にモールドされた素子モールド品の周辺部が挟持されることにより、従来のＯリング等の密封シールを用いることなくポンプ室のシール性が確保され、圧電素子を挟持する位置が変わらず、圧電素子を挟持する圧力も変わらないため、ポンプ性能にばらつきが生じない。また、素子モールド品の中央部は、必要最小限の厚さにモールドされているため、従来のような圧電素子が周辺部と同様に中央部も厚肉にモールドされた圧電ポンプに比べ、圧電素子が弾性体によりモールドされていることによるポンプ動作の効率低下を軽減でき、ポンプ性能が確保される。 According to the first aspect of the present invention, since the low temperature vulcanization silicone rubber has a low vulcanization temperature, the piezoelectric element is molded without deteriorating the piezoelectricity of the piezoelectric element as compared with a general rubber material. Is possible. Since the piezoelectric element is molded by this rubber molding, electrical insulation is ensured. By sandwiching the peripheral part of the element molded product molded thickly, the sealing performance of the pump chamber is secured without using a sealing seal such as a conventional O-ring, and the position where the piezoelectric element is sandwiched does not change, Since the pressure for sandwiching the piezoelectric element does not change, the pump performance does not vary. In addition, since the central part of the element mold product is molded to the minimum necessary thickness, the piezoelectric element as compared with the piezoelectric pump in which the central part is thickly molded in the same way as the peripheral part is piezoelectric. Reduction in efficiency of pump operation due to the element being molded by an elastic body can be reduced, and pump performance is ensured.

請求項２の発明によれば、一般的なゴム材料の加硫温度が約１５０℃以上であるのに対して低温加硫のシリコンゴムの加硫温度は、約１４０℃以下であるため、一般的なゴム材料を用いてモールド加工を施すよりも圧電素子の圧電性を損なうことなく、圧電素子にモールド加工を施すことが可能となる。また、ゴム硬度の範囲は、圧電素子をモールドしている弾性体が圧電素子の振動に対する抵抗にならず、且つポンプ室内の液体に対して圧力を伝えるときに緩衝体にならない範囲であるため、圧電素子が弾性体によりモールドされていることによるポンプ動作の効率低下を軽減でき、ポンプ性能が確保される。 According to the invention of claim 2, since the vulcanization temperature of a general rubber material is about 150 ° C. or higher, whereas the vulcanization temperature of low temperature vulcanization silicon rubber is about 140 ° C. or lower, It is possible to mold the piezoelectric element without deteriorating the piezoelectricity of the piezoelectric element compared to molding using a typical rubber material. Further, the rubber hardness range is a range in which the elastic body molding the piezoelectric element does not become a resistance against vibration of the piezoelectric element, and does not become a buffer when transmitting pressure to the liquid in the pump chamber. The reduction in efficiency of the pump operation due to the piezoelectric element being molded by the elastic body can be reduced, and the pump performance is ensured.

本発明の一実施の形態に係る圧電ポンプについて、図面を参照して説明する。図１は、圧電ポンプ１を示す。圧電ポンプ１は、ケーシング２の内部にポンプ室３を有し、このポンプ室３の内部に素子モールド品４が配設されている。ケーシング２は、略円盤状の略中央に凹部を有する皿状に形成された第１のケーシング２１と、この第１のケーシング２１と略同形状の第２のケーシング２２とから成り、第１、第２のケーシング２１、２２の凹部を内側にして互いに対向するように配置されることによりケーシング２内部にポンプ室３を形成している。第１、第２のケーシング２１、２２の凹部周囲の対向面で挟持されている素子モールド品４は、略円盤状のバイモルフ型圧電素子４１が弾性体４２に埋め込まれており、一端部よりバイモルフ型圧電素子４１に半田付けされたリード線５が引き出されている。ケーシング２１は、ポンプ室３側に吸入口６と吐出口７とを有し、吸入口６に吸入側逆止弁８１、吐出口７に吐出側逆止弁８２がそれぞれの方向性を持たせて配設されている。 A piezoelectric pump according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a piezoelectric pump 1. The piezoelectric pump 1 has a pump chamber 3 inside a casing 2, and an element mold product 4 is disposed inside the pump chamber 3. The casing 2 is composed of a first casing 21 formed in a dish shape having a substantially disc-shaped recess at the center, and a second casing 22 having substantially the same shape as the first casing 21. The pump chamber 3 is formed inside the casing 2 by arranging the concave portions of the second casings 21 and 22 so as to face each other. The element molded product 4 sandwiched between the opposing surfaces around the recesses of the first and second casings 21 and 22 has a substantially disc-shaped bimorph piezoelectric element 41 embedded in an elastic body 42, and a bimorph is formed from one end. A lead wire 5 soldered to the piezoelectric element 41 is drawn out. The casing 21 has a suction port 6 and a discharge port 7 on the pump chamber 3 side. The suction side check valve 81 is provided in the suction port 6 and the discharge side check valve 82 is provided in the discharge port 7. Arranged.

図２は、素子モールド品４を示す。素子モールド品４は、略円盤状を成し、中央部４２ａより周辺部４２ｂが厚肉となっており、この周辺部４２ｂの一部よりリード線５が引き出されている。素子モールド品４の厚肉な周辺部４２ｂが第１のケーシング２１と第２のケーシング２２に挟持されている。図３に示すように、素子モールド品４は、バイモルフ型圧電素子４１の全体が弾性体４２によりモールドされたものであり、この弾性体４２は、低温加硫のシリコンゴムの一種であり、且つゴム硬度が約４０°から約７０°の範囲にある低温加硫の液状シリコンゴムが用いられている。素子モールド品４から引き出されたリード線５は、バイモルフ型圧電素子４１の半田付け部１０に半田付けされている。このリード線５の半田付け部１０とバイモルフ型圧電素子４１の周辺部４２ｂは、中央部４２ａより厚肉にモールドされている。素子モールド品４の中央部４２ａは、必要最小限の略２ｍｍの厚さにモールドされており、この中央部４２ａの厚さは、電気用品の技術上の基準を定める省令に基づくものである。この省令には、ポンプの振動面に単一材料にて強化絶縁を施す場合、絶縁材の厚さは、２ｍｍ以上にすることが定められている。素子モールド品４の周辺部４２ｂの厚さは、リード線５の半田付け部１０の高さ分である略１ｍｍを中央部４２ａの厚さに加えた、略３ｍｍとされている。なお、上述の厚さとは、バイモルフ型圧電素子４１の表面から素子モールド品４の表面までの差を示す。 FIG. 2 shows the element molded product 4. The element molded product 4 has a substantially disk shape, the peripheral portion 42b is thicker than the central portion 42a, and the lead wire 5 is drawn from a part of the peripheral portion 42b. A thick peripheral portion 42 b of the element molded product 4 is sandwiched between the first casing 21 and the second casing 22. As shown in FIG. 3, the element molded product 4 is a bimorph piezoelectric element 41 entirely molded by an elastic body 42. The elastic body 42 is a kind of low temperature vulcanized silicon rubber, and Low temperature vulcanized liquid silicone rubber having a rubber hardness in the range of about 40 ° to about 70 ° is used. The lead wire 5 drawn out from the element mold product 4 is soldered to the soldering portion 10 of the bimorph type piezoelectric element 41. The soldering part 10 of the lead wire 5 and the peripheral part 42b of the bimorph piezoelectric element 41 are molded thicker than the central part 42a. The central portion 42a of the element molded product 4 is molded to a necessary minimum thickness of approximately 2 mm, and the thickness of the central portion 42a is based on a ministerial ordinance that establishes technical standards for electrical appliances. This ministerial ordinance stipulates that the thickness of the insulating material should be 2 mm or more when reinforced insulation is performed with a single material on the vibration surface of the pump. The thickness of the peripheral portion 42b of the element molded product 4 is approximately 3 mm, which is approximately 1 mm, which is the height of the soldered portion 10 of the lead wire 5, added to the thickness of the central portion 42a. The above-described thickness indicates a difference from the surface of the bimorph piezoelectric element 41 to the surface of the element molded product 4.

図４は、バイモルフ型圧電素子４１を示し、図５は、バイモルフ型圧電素子４１のリード線５の半田付け部１０を示し、図６は、バイモルフ型圧電素子４１の電極４１ｃ表裏半田付け部１０を示す。バイモルフ型圧電素子４１は、略円盤状を成し、シム電極４１ａの両面に分極方向が同一になるように１枚ずつ圧電体４１ｂが接着積層され、外側の両面に電極４１ｃが設けられている。 4 shows the bimorph type piezoelectric element 41, FIG. 5 shows the soldering part 10 of the lead wire 5 of the bimorph type piezoelectric element 41, and FIG. 6 shows the electrode 41c front and back soldering part 10 of the bimorph type piezoelectric element 41. Indicates. The bimorph piezoelectric element 41 has a substantially disk shape, and a piezoelectric body 41b is bonded and laminated on both sides of the shim electrode 41a so that the polarization directions are the same, and electrodes 41c are provided on both outer sides. .

圧電体４１ｂは、略円盤状を成し、チタン酸ジルコン酸鉛等を成分としており、両面に銀等導電ペーストが塗布され、焼付け固着されている。この圧電体４１ｂは、両面に絶縁油中で数ｋＶの直流電圧が印加されることにより、圧電体４１ｂの厚さ方向に分極圧電性を有する。シム電極４１ａは、２枚の圧電体４１ｂに挟まれた略円盤状のシム（導電性金属薄板）と、このシムに接着された側の圧電体４１ｂの導電ペーストとが一体になって構成されている。シム電極４１ａは、一部分がバイモルフ型圧電素子４１の外周より突出し、このシム電極４１ａの突出した部分にリード線５が半田付けされている。バイモルフ型圧電素子４１の外側両面の導電ペーストは、電極４１ｃとして設けられている。この両面の電極４１ｃは、ジャンパ線９を半田付け部１０に半田付けされることにより接続され、片面の電極４１ｃには、さらにリード線５が半田付け部１０に半田付けされ、このリード線５は、シム電極４１ａのリード線５と略同一方向に引き出されている。 The piezoelectric body 41b has a substantially disk shape and contains lead zirconate titanate or the like as a component, and a conductive paste such as silver is applied to both sides and fixed by baking. The piezoelectric body 41b has polarization piezoelectricity in the thickness direction of the piezoelectric body 41b by applying a DC voltage of several kV in insulating oil on both surfaces. The shim electrode 41a is formed by integrating a substantially disc-shaped shim (conductive metal thin plate) sandwiched between two piezoelectric bodies 41b and the conductive paste of the piezoelectric body 41b on the side bonded to the shim. ing. A portion of the shim electrode 41a protrudes from the outer periphery of the bimorph piezoelectric element 41, and the lead wire 5 is soldered to the protruding portion of the shim electrode 41a. The conductive paste on both sides of the bimorph piezoelectric element 41 is provided as an electrode 41c. The electrodes 41c on both sides are connected by soldering the jumper wire 9 to the soldering part 10, and the lead wire 5 is further soldered to the soldering part 10 on the electrode 41c on one side. Is drawn out in substantially the same direction as the lead wire 5 of the shim electrode 41a.

上記のように構成された本実施形態の圧電ポンプの作用について次に説明する。圧電ポンプ１は、ポンプ室３のケーシング２１側に素子モールド品４の中央部４２ａに位置する振動面が配置されており、バイモルフ型圧電素子４１への交流電圧印加により、バイモルフ型圧電素子４１は、径方向に伸縮して表面が撓み、振動が生じる。これにより、素子モールド品４の振動面が振動し、この振動によりポンプ室３の容積は、拡張と縮小を繰り返す。素子モールド品４の振動面がポンプ室３の容積を拡張させる方向に撓むことにより負圧となったポンプ室３内に吸入側逆止弁８１を介して液体が吸入される。このとき、吐出側逆止弁８２は閉じられているため、排出された液体が逆流して吐出口７よりポンプ室３に吸入されることはない。また、素子モールド品４の振動面がポンプ室３の容積を縮小させる方向に撓むことにより加圧されたポンプ室３内から吐出側逆止弁８２を介して液体が排出される。このとき、吸入側逆止弁８１は閉じられているため、ポンプ室３に吸入された液体が逆流して吸入口６より排出されることはない。 Next, the operation of the piezoelectric pump of the present embodiment configured as described above will be described. In the piezoelectric pump 1, a vibration surface located in the central portion 42 a of the element molded product 4 is disposed on the casing 21 side of the pump chamber 3. By applying an alternating voltage to the bimorph piezoelectric element 41, the bimorph piezoelectric element 41 is , The surface expands and contracts in the radial direction, causing vibration. Thereby, the vibration surface of the element mold product 4 vibrates, and the volume of the pump chamber 3 repeats expansion and contraction due to this vibration. Liquid is sucked through the suction-side check valve 81 into the pump chamber 3 in which the vibration surface of the element molded product 4 is bent in a direction in which the volume of the pump chamber 3 is expanded. At this time, since the discharge side check valve 82 is closed, the discharged liquid does not flow back and is not sucked into the pump chamber 3 from the discharge port 7. Further, the liquid is discharged from the pump chamber 3 pressurized by the vibration surface of the element molded product 4 being bent in the direction of reducing the volume of the pump chamber 3 through the discharge side check valve 82. At this time, since the suction side check valve 81 is closed, the liquid sucked into the pump chamber 3 does not flow backward and is not discharged from the suction port 6.

以上説明したように、本実施形態の圧電ポンプ１において、バイモルフ型圧電素子４１は、両面、半田付け部１０及び半田付け部１０近傍のリード線５を低温加硫の液状シリコンゴムにてモールドされているため、ポンプ室３内においてバイモルフ型圧電素子４１が液体と接触しない。これにより、バイモルフ型圧電素子４１は、電極の防食及び電気絶縁が可能となる。また、弾性体４２として用いられている低温加硫の液状シリコンゴムは、加硫温度が約１１０℃であり、一般的なゴム材料の加硫温度より低い。このため、バイモルフ型圧電素子４１は、一般的なゴム材料を用いられるよりも圧電性が損なわれることなく、モールドされることが可能となる。バイモルフ型圧電素子４１は、弾性体４２として低温加硫の液状シリコンゴムを用いてモールドされることにより、ポンプ作用による加圧と負圧の繰り返しに対して弾性体４２がバイモルフ型圧電素子４１の表面から剥離しないように強固に接着される。 As described above, in the piezoelectric pump 1 of the present embodiment, the bimorph piezoelectric element 41 is formed by molding the both sides, the soldering portion 10 and the lead wire 5 in the vicinity of the soldering portion 10 with low temperature vulcanized liquid silicon rubber. Therefore, the bimorph piezoelectric element 41 does not come into contact with the liquid in the pump chamber 3. As a result, the bimorph piezoelectric element 41 can prevent corrosion and electrical insulation of the electrodes. The low temperature vulcanized liquid silicone rubber used as the elastic body 42 has a vulcanization temperature of about 110 ° C., which is lower than the vulcanization temperature of a general rubber material. For this reason, the bimorph type piezoelectric element 41 can be molded without impairing the piezoelectricity compared to the case where a general rubber material is used. The bimorph type piezoelectric element 41 is molded by using low temperature vulcanized liquid silicon rubber as the elastic body 42, so that the elastic body 42 is the same as the bimorph type piezoelectric element 41 against repeated pressurization and negative pressure by the pump action. It is firmly bonded so as not to peel off from the surface.

圧電ポンプ１は、ポンプ室３のシールに用いられていた従来のＯリング１１に代えて素子モールド品４の厚肉な周辺部４２ｂが第１のケーシング２１と第２のケーシング２２に挟持されることにより、ポンプ室のシール性が確保されている。従って、第１のケーシング２１と第２のケーシング２２とが素子モールド品４を挟持する位置は変わらず、すなわち、バイモルフ型圧電素子４１が挟持される位置は変わらず、バイモルフ型圧電素子４１が挟持される圧力も変わらないため、ポンプ性能にばらつきが生じない。また、リード線５と半田付け部１０は、シールされる位置にあるが、厚肉な周辺部４２ｂによりモールドされているため、リード線５と半田付け部１０の突起による応力は分散されつつ、ポンプ室３のシール性及び電気絶縁性が確保されている。 In the piezoelectric pump 1, the thick peripheral portion 42 b of the element molded product 4 is sandwiched between the first casing 21 and the second casing 22 in place of the conventional O-ring 11 used for sealing the pump chamber 3. As a result, the sealing performance of the pump chamber is ensured. Accordingly, the position where the first casing 21 and the second casing 22 sandwich the element molded product 4 does not change, that is, the position where the bimorph piezoelectric element 41 is sandwiched does not change, and the bimorph piezoelectric element 41 sandwiches. Since the applied pressure does not change, the pump performance does not vary. Moreover, although the lead wire 5 and the soldering part 10 exist in the position sealed, since it is molded by the thick peripheral part 42b, the stress by the protrusion of the lead wire 5 and the soldering part 10 is dispersed, The sealing performance and electrical insulation of the pump chamber 3 are ensured.

素子モールド品４は、中央部４２ａより周辺部４２ｂが厚肉であり、中央部４２ａをモールドした弾性体４２の厚さは、必要最小限の厚さであるため、従来のような周辺部４２ｂの弾性体４２の表面高さと略同一となるように中央部４２ａが厚肉にモールドされたものに比べ、バイモルフ型圧電素子４１が弾性体４２によりモールドされていることによるポンプ動作の効率低下を軽減でき、ポンプ性能が確保される。また、弾性体４２のゴム硬度は、後述の測定結果、表２に示されるように、バイモルフ型圧電素子４１をモールドしている弾性体４２がバイモルフ型圧電素子４１の振動に対する抵抗にならず、且つポンプ室３内の液体に対して圧力を伝えるときに緩衝体にならない硬度であるため、バイモルフ型圧電素子４１が弾性体４２によりモールドされていることによるポンプ動作の効率低下を軽減でき、ポンプ性能が確保される。 In the element molded product 4, the peripheral portion 42b is thicker than the central portion 42a, and the thickness of the elastic body 42 obtained by molding the central portion 42a is the minimum necessary thickness. Compared with the case where the central portion 42a is thickly molded so as to be substantially the same as the surface height of the elastic body 42, the efficiency of the pump operation is reduced due to the bimorph piezoelectric element 41 being molded by the elastic body 42. It can be reduced and the pump performance is secured. Further, the rubber hardness of the elastic body 42 is measured as described later, and as shown in Table 2, the elastic body 42 in which the bimorph piezoelectric element 41 is molded does not become a resistance to vibration of the bimorph piezoelectric element 41. Moreover, since the hardness is such that it does not become a buffer when transmitting pressure to the liquid in the pump chamber 3, it is possible to reduce the reduction in efficiency of the pump operation due to the bimorph piezoelectric element 41 being molded by the elastic body 42, and the pump Performance is ensured.

上記実施形態の圧電ポンプ１において、素子モールド品４の中央部４２ａと周辺部４２ｂの厚さ寸法の違いによるポンプ性能を測定した結果を表１に示す。測定条件として、ポンプ駆動電源は、ＡＣ１００Ｖ、６０Ｈｚとし、送液側負荷圧力は、２０ｋＰａとし、搬送液体は、常温の精製水を用いた。
試料は、いずれも外径５０ｍｍの円盤状である２枚のバイモルフ型圧電素子４１が弾性体４２として低温加硫のシリコンゴムを用いて外径５５ｍｍの円盤状にモールドされたものである。圧電体４１ｂは、チタン酸ジルコン酸鉛等を成分としている。表中に記載されている厚さは、バイモルフ型圧電素子４１の表面から素子モールド品４の表面までの差を示す。中央部４２ａより周辺部４２ｂが厚肉な素子モールド品４は、厚肉部の内径が４９ｍｍとされたものである。
実施例１の試料として、素子モールド品４の中央部４２ａの厚さは、電気用品の技術上の基準を定める省令に基づき略２ｍｍとし、周辺部４２ｂの厚さは、略３ｍｍとした。弾性体４２には、ゴム硬度が６０°のシリコンゴムを用いた。比較例１の試料として、素子モールド品４の中央部４２ａの厚さは、周辺部４２ｂの厚さと等しい略３ｍｍとし、弾性体４２には、ゴム硬度が実施例１と同様の６０°のものを用いた。 In the piezoelectric pump 1 of the above embodiment, Table 1 shows the result of measuring the pump performance due to the difference in the thickness dimension between the central portion 42a and the peripheral portion 42b of the element molded product 4. As measurement conditions, the pump drive power source was AC 100 V, 60 Hz, the liquid supply side load pressure was 20 kPa, and the purified liquid at room temperature was used as the carrier liquid.
The sample is obtained by molding two bimorph piezoelectric elements 41 each having a disk shape having an outer diameter of 50 mm into a disk shape having an outer diameter of 55 mm using low-temperature vulcanized silicon rubber as the elastic body 42. The piezoelectric body 41b has lead zirconate titanate as a component. The thickness described in the table indicates a difference from the surface of the bimorph piezoelectric element 41 to the surface of the element molded product 4. The element molded product 4 having a thicker peripheral portion 42b than the central portion 42a has an inner diameter of 49 mm.
As a sample of Example 1, the thickness of the central portion 42a of the element molded product 4 was set to about 2 mm based on a ministerial ordinance that establishes technical standards for electrical appliances, and the thickness of the peripheral portion 42b was set to about 3 mm. For the elastic body 42, silicon rubber having a rubber hardness of 60 ° was used. As a sample of Comparative Example 1, the thickness of the central portion 42a of the element molded product 4 is approximately 3 mm, which is equal to the thickness of the peripheral portion 42b, and the elastic body 42 has a rubber hardness of 60 ° as in the first embodiment. Was used.

上記の測定結果から、比較例１のように、バイモルフ型圧電素子４１の表面が厚肉な弾性体４２に覆われることは、バイモルフ型圧電素子４１の振動に対して抵抗となり、また、弾性体４２がポンプ室３内の液体に対して圧力を伝えるときに緩衝体となってポンプ動作の効率を大幅に下げることが分る。従って、実施例１のように、バイモルフ型圧電素子４１の中央部４２ａは、必要最小限の厚さにモールドされ、バイモルフ型圧電素子４１の周辺部４２ｂは、全周に亘って中央部４２ａの厚さにリード線５又は半田付け部１０の高さ分だけ加えた厚さにモールドされればよいことが分る。 From the above measurement results, the surface of the bimorph piezoelectric element 41 covered with the thick elastic body 42 as in Comparative Example 1 becomes a resistance to the vibration of the bimorph piezoelectric element 41, and the elastic body It can be seen that when 42 transmits pressure to the liquid in the pump chamber 3, it becomes a buffer and the efficiency of the pump operation is greatly reduced. Therefore, as in the first embodiment, the central portion 42a of the bimorph piezoelectric element 41 is molded to the minimum necessary thickness, and the peripheral portion 42b of the bimorph piezoelectric element 41 is formed around the entire central portion 42a. It can be seen that it is sufficient to mold to a thickness obtained by adding the thickness of the lead wire 5 or the soldering part 10 to the thickness.

上記実施形態の圧電ポンプ１において、素子モールド品４の弾性体４２のゴム硬度の違いによるポンプ性能を測定した結果を表２に示す。測定条件は、上記の素子モールド品４の中央部４２ａと周辺部４２ｂの厚さ寸法違いによるポンプ性能測定と同様の条件とした。
試料の形状と寸法は、実施例１と同様のものである。実施例２の試料として、弾性体４２には、ゴム硬度が４０°のものを用いた。実施例３の試料として、弾性体４２には、ゴム硬度が７０°のものを用いた。比較例２の試料として、弾性体４２には、ゴム硬度が３０°のものを用いた。比較例３の試料として、弾性体４２には、ゴム硬度が８０°のものを用いた。 In the piezoelectric pump 1 of the above embodiment, Table 2 shows the results of measuring the pump performance due to the difference in rubber hardness of the elastic body 42 of the element molded product 4. The measurement conditions were the same as the pump performance measurement due to the difference in thickness between the central part 42a and the peripheral part 42b of the element molded product 4 described above.
The shape and dimensions of the sample are the same as in Example 1. As a sample of Example 2, an elastic body having a rubber hardness of 40 ° was used. As the sample of Example 3, the elastic body 42 having a rubber hardness of 70 ° was used. As a sample for Comparative Example 2, an elastic body having a rubber hardness of 30 ° was used. As a sample of Comparative Example 3, an elastic body having a rubber hardness of 80 ° was used.

上記の測定結果から、弾性体４２の硬度は、バイモルフ型圧電素子４１の振動に対する負荷として影響していることが判る。比較例２のように、ゴム硬度３０°では、挟持応力に対して永久ひずみが大きく、ポンプ性能を得ることができなかった。比較例３のように、ゴム硬度８０゜では、ゴム硬度７０°のものを用いた実施例３よりポンプ性能が大幅に低下した。これにより、ポンプ性能を大幅に低下させることなく確保できる弾性体４２のゴム硬度の適正値は、実施例１及至実施例３のように、約４０°から約７０゜の範囲がよいことが分る。 From the above measurement results, it can be seen that the hardness of the elastic body 42 affects the load on the vibration of the bimorph piezoelectric element 41. As in Comparative Example 2, when the rubber hardness was 30 °, the permanent strain was large with respect to the clamping stress, and the pump performance could not be obtained. As in Comparative Example 3, when the rubber hardness was 80 °, the pump performance was significantly lower than that of Example 3 using a rubber hardness of 70 °. As a result, the appropriate value of the rubber hardness of the elastic body 42 that can be secured without significantly reducing the pump performance is preferably in the range of about 40 ° to about 70 ° as in the first to third embodiments. The

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、ポンプ駆動電源の制約から圧電ポンプのポンプ性能により送出圧力と送出流量とを大きく得る必要がある場合、上記実施形態の圧電ポンプ１における素子モールド品４の変形例として、図７に示すように、素子モールド品４は、２枚のバイモルフ型圧電素子４１が並列に配置され、このバイモルフ型圧電素子４１の電極から引き出されたリード線５又は半田付け部１０の高さ分の間隔をあけて平行に保持した状態にて上記実施形態と同様のモールド加工が施されている。これにより、圧電ポンプ１は、２枚のバイモルフ型圧電素子４１の相乗効果により約２倍の送出圧力を得ることができる。 In addition, this invention is not restricted to the structure of the said embodiment, A various deformation | transformation is possible in the range which does not change the meaning of invention. For example, when it is necessary to obtain a large delivery pressure and delivery flow rate according to the pump performance of the piezoelectric pump due to restrictions on the pump drive power supply, as a modification of the element mold product 4 in the piezoelectric pump 1 of the above embodiment, as shown in FIG. In addition, in the element molded product 4, two bimorph piezoelectric elements 41 are arranged in parallel, and an interval corresponding to the height of the lead wire 5 drawn out from the electrode of the bimorph piezoelectric element 41 or the soldering portion 10 is provided. Then, the same mold processing as that of the above-described embodiment is performed in a state of being held in parallel. Thereby, the piezoelectric pump 1 can obtain about twice the delivery pressure due to the synergistic effect of the two bimorph piezoelectric elements 41.

本発明の実施形態に係る圧電ポンプの断面図。Sectional drawing of the piezoelectric pump which concerns on embodiment of this invention. 同圧電ポンプの素子モールド品の斜視図。The perspective view of the element mold product of the piezoelectric pump. 同圧電ポンプの素子モールド品の断面図。Sectional drawing of the element mold goods of the same piezoelectric pump. 同圧電ポンプのバイモルフ型圧電素子の平面図。The top view of the bimorph type piezoelectric element of the piezoelectric pump. 同圧電ポンプのバイモルフ型圧電素子のリード線半田付け部の断面図。Sectional drawing of the lead wire soldering part of the bimorph type piezoelectric element of the piezoelectric pump. 同圧電ポンプのバイモルフ型圧電素子の電極表裏ジャンパ線半田付け部の断面図。Sectional drawing of the electrode front and back jumper wire soldering part of the bimorph type piezoelectric element of the same piezoelectric pump. 同圧電ポンプの素子モールド品の変形例の断面図。Sectional drawing of the modification of the element mold goods of the same piezoelectric pump. 従来の圧電ポンプの断面図。Sectional drawing of the conventional piezoelectric pump. 従来の圧電ポンプの素子モールド品の斜視図。The perspective view of the element mold product of the conventional piezoelectric pump.

Explanation of symbols

１圧電ポンプ
２ケーシング
２１第１のケーシング
２２第２のケーシング
３ポンプ室
４素子モールド品
４１バイモルフ型圧電素子
４２弾性体
４２ａ中央部
４２ｂ周辺部
６吸入口
７吐出口
８逆止弁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric pump 2 Casing 21 1st casing 22 2nd casing 3 Pump chamber 4 Element molded product 41 Bimorph type piezoelectric element 42 Elastic body 42a Center part 42b Peripheral part 6 Suction port 7 Discharge port
8 Check valve

Claims

A pump chamber for sucking and discharging the liquid to be transported; an element mold product in which a bimorph piezoelectric element is embedded in an elastic body; and a suction port formed in the pump chamber; A discharge valve, and a check valve disposed in each direction of the suction port and the discharge port, and the vibration surface of the element mold product is applied by applying an alternating voltage to the bimorph piezoelectric element. In the piezoelectric pump that vibrates and transports liquid by the pump operation due to this vibration,
The element mold product is formed by molding the bimorph type piezoelectric element with a low temperature vulcanizable silicon rubber used as the elastic body,
The piezoelectric pump according to claim 1, wherein a peripheral portion of the element mold product is thicker than a central portion of the element mold product.

The piezoelectric pump according to claim 1, wherein the silicone rubber has a vulcanization temperature of about 140 ° C or less and a rubber hardness of about 40 ° to about 70 °.