JP2887677B2 - 圧電ポンプ - Google Patents

圧電ポンプ

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JP2887677B2
JP2887677B2 JP63200947A JP20094788A JP2887677B2 JP 2887677 B2 JP2887677 B2 JP 2887677B2 JP 63200947 A JP63200947 A JP 63200947A JP 20094788 A JP20094788 A JP 20094788A JP 2887677 B2 JP2887677 B2 JP 2887677B2
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輝夫 清水
礼三 成瀬
博之 井川
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    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/04Pumps having electric drive
    • F04B43/043Micropumps
    • F04B43/046Micropumps with piezoelectric drive

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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] 産業上の利用可能性 本発明は、縦効果型圧電アクチュエータを使用した圧
電ポンプの改良に関するものである。
従来の技術 従来は、第12図に示すように吸入口39には吸入側ボー
ル弁38を、吐出口34には吐出側ボール弁35を設け、ポン
プ室40の両面にバイモルフ型アクチュエータ36、37を用
い、上記アクチュエータに電圧を印加し、振動させると
上記アクチュエータそのものが、ポンプ室40の容積を変
化させて、ポンプの機能を得る構造の圧電式ポンプであ
る。
このような圧電式ポンプでは、バイモルフ型アクチュ
エータ36、37のヒステリシスが大きい為に変位と電圧の
比は第13図に示した如く比例しない(但し、第13図の表
はシリコンゴム及びフィルムが付いた震動板として測定
したものである。)。
また、一般にバイモルフ型アクチュエータでは、共振
点付近の周波数で振動するので、送量と周波数は比例し
ないし、バイモルフ型アクチュエータは、第14図に示す
ように球状変位(a)であるために変位量及び容積変化
率の交換効率が非常に悪いとの欠点があった。
更に、縦効果型圧電ポンプであっても昭和61年1月8
日に出願(特願昭61−1573号)し、昭和62年7月15日に
特許出願公開昭62−159778号として特許公開されたダイ
アフラム式ポンプでは、圧電素子自体の変位量が小さい
ので、大きな流量は得られないし、昭和59年12月14日に
出願され(実願昭59−188771号)、昭和61年7月1日に
実用新案出願公開(実開昭61−103580号)された流体ポ
ンプのようにレバーにより変位量を拡大しても、大径の
ダイアフラムを駆動させなければ大きな流量は得られな
い。
発明が解決しようとする問題点 本発明は、縦効果型圧電アクチュエータを駆動源とし
て被膜されたダイアフラム本体を駆動させると共に、上
記圧電アクチュエータの変位量を拡大する機構を有する
ことにより駆動源の電圧値及び周波数により送量の制御
ができる圧電ポンプを提供することを目的とするもので
ある。
[発明の構成] 問題点を解決するための手段 本発明は、以上の問題点を解決する為に、蓋部とケー
シング部とからなる圧電ポンプにおいて、蓋部には、吸
入口と吐出口とを設けるとともに、吸入口に連通する中
空部には吸入側逆止弁を、また吐出口に連通する中空部
には吐出側逆止弁を夫々設け、吸入側逆止弁と吐出側逆
止弁とが臨むポンプ室の一側を覆って基部の表面に伸縮
自在の弾性部材で被膜を形成したダイアフラム本体が取
り付けられており、ケーシング部内には、ケーシング部
内に固定されるL型固定部材と、L型固定部材に固定さ
れる板バネと、板バネの先端開放部に取り付けられるレ
バーと、レバーの他端部に直交して固定される支持部材
と、板バネに近接しL型固定部材とレバー間に固定され
る縦効果型圧電アクチュエータと、一端を支持部材に係
止させるとともに他端をL型固定部材に係止させたスプ
リングとからなる拡大機構を設け、前記ダイアフラム本
体の基部と前記支持部材とを固定したことを特徴とする
圧電ポンプ。
作用 本発明の第1実施例により本発明の作用を説明すれば
以下の通りである。
拡大機構2bの縦効果型圧電アクチュエータ11に交流電圧
(極性は一方だけで負側は存在しない交流電圧)を印加
すると、前記アクチュエータ11は上下に振動し、この上
下の振動は拡大機構2bのレバー14により拡大され、レバ
ー14の先端部に支持部材27を介して固定されたコ状支持
部材7を上下動させ、右支持部7b及び左支持部7aの先端
に取付けられているダイヤフラム本体9を上下動させ
る。
そして、ダイヤフラム本体9が下方に移動したとき
は、ポンプ室8内は負圧になるので、吐出側逆止弁6aが
閉止状態となり、吸込側逆止弁5aが開放状態となって液
体が吸入口3及び中空部5を通り、ポンプ室内8に流入
するが、ダイアフラム本体9が上方に移動したときは、
ポンプ室8内は正圧になるので吸入側逆止弁5aが閉止状
態となり、吐出側逆止弁6aが開放状態となり液体が吐出
側の中空部6に吐出され吐出口4を通り流出する。
スプリング13は、コ状支持部材7を下方に引張ってい
る。それは前記アクチュエータは縮み方向には力を発生
できない。つまり引張り応力には弱いのでスプリングを
用いて前記アクチュエータを助けている。以上縦効果型
圧電アクチュエータ11の上下振動により液体の吸入、吐
出が繰返される。
第5図に示した第2実施例でも、拡大機構2bが蓋部1
の横に配置しただけであり、作用は第1実施例と同様で
ある。
第6図に示した第3実施例の場合も作用は蓋部1の下
部に吸入口3及び吸入側逆止弁5aが配置され、上部に吐
出口4及び吐出側逆止弁6aが配置されているので、ダイ
アフラム本体9が左右に振動するだけで同様である。
実施例 第1図及び第7図は、本発明の実施例を示した図であ
る。以下図面に表わされた実施例に従って本発明を詳細
に説明する。
第1図は本発明の第1実施例の縦断面図であり、符号
1は蓋体であり、符号2は拡大機構2bを収納したケーシ
ング部であり、符号9はダイアフラム本体である。
蓋部1の上部には、吸入口3及び吐出口4が設けら
れ、吸入口3の下方には吸入口3の径よりやや大径の中
空部5が形成されていて、中空部5の底部には吸入逆止
弁5aが設けられている。
同様に、吐出口4の下方には吐出口4の径より大径の
中空部6が設けられ、中空部6の底部には吐出側逆止弁
6aが設けられている。
そして、吸入側逆止弁5a及び吐出側逆止弁6aとゴム等
の伸縮自在の弾性部材で被膜10されたダイアフラグ本体
9間には、ポンプ室8が形成されている。
本発明で使用されているダイアフラム本体9は、第3
図に示すように、基部9aの表面には、ゴム等の伸縮自在
の弾性部材の被膜10があると共に、被膜10の外周部表面
には複数の突出部10a、10b、10cが形成され、外周部裏
面に凹部10dが形成されている。
第4図は、ダイアフラム本体9の他の実施例を示した
ものである。
この様に形成されたダイアフラム本体9の被膜10の突出
部10b、10cがある周部が固定されているので、ダイアフ
ラム本体9は全体が圧電アクチュエータ11の振動に応じ
て平行に上下動する。そのために、平板でのみ構成され
ているダイアフラムのように球状変位をすることがな
い。
即ち、従来の金属板により形成され金属板の周面部を
固定した場合、又は金属板に円錐状にスリットを設け被
膜を形成し周面部を固定したダイアフラムの場合には、
第14図の様に球状変位(a)又は円錐変位(b)をして
いたが、本発明に使用されているダイアフラム本体9
は、伸縮自在の弾性部材が被膜形成されているので、第
9図に表示した如く水平にしかも平行に上下動する。
その為に、ポンプ室8の容積変化量は、1/4πD2Xリッ
トルとなるが、第14図の球状変位(a)では1/4πD2Xリ
ットル÷2となり、円錐状変位(b)では、1/4πD2Xリ
ットル÷3となる。
尚、縦効果型圧電アクチュエータを使用した場合は、
変位と電圧のリニアリティーがよいが、バイモルフの場
合は、変位と電圧のリニアリティーが悪い。符号20、21
はボルトであり、蓋部1はケーシング部2に前記ボルト
20、21により取り付けられている。
本実施例では、吸入側逆止弁5a及び吐出側逆止弁6aと
して傘弁を使用しているが、必ずしも傘弁に限定する必
要もなく、他の弁を使用してもよい。ケーシング内2aに
収納された拡大機構2bは、第1図及び第2図に示したよ
うにL型固定部材12内に板バネ15を取付けると共に、縦
効果型圧電アクチュエータ11の一端を固定し、上記アク
チュエータ11の他端を板バネ15にボルト22により取り付
けられたレバー14の内側に取り付ける。
板バネ15の先端部には、ボルト23によりレバー14が固
定されていて、前記レバー14の先端部には保持板27が固
定されている。
そして、支持部材27にはダイアフラム本体9を支持し
ている左支持部材7a及び右支持部材7bを有するコ状支持
部材7が固定されている。
そして、前記支持部材27の下端にはスプリング13が取
り付けられ、前記スプリング13の下端はL形固定部材12
にボルト26により取り付けられている。
第2図は、支持部材27によりダイアフラム本体9を支持
した状態を示したものであり、第1図中のA−B線の縦
断面図である。
ダイアフラム本体9はコ状支持部材7の左支持部材7a
及び右支持部材7bの先端に取付けられている。
第5図は、本発明の第2実施例を示したもので一部を
省略した簡略図であり、本実施例では拡大機構2bを収納
したケーシング部2をポンプ室8等のある蓋部1の真横
に配置したものである。そして、レバー14の先端に固定
されている支持部材27の一端はダイアフラム本体9の基
部9aに固定されている。このように、拡大機構2bを真横
に配置することにより、本発明をコンパクト化すること
ができる。本実施例の蓋部1の縦断面は、第1図に示し
た図と同じである。
第6図及び第7図は、本発明の第3実施例を示したも
ので、一部を省略した簡略図であり、第7図は第3実施
例の縦断面図である。
本実施例では、第7図に示す如く吸入口3及び吸入側
逆止弁5をポンプ室の下方に取り付け、しかも、逆止弁
としてボール弁5aを使用する。
そして、吐出口4及び吐出側逆止弁6をポンプ室8の
上方に取付けると共に、逆止弁としてボール弁6aを使用
する。スプリング13は、スプリング先端25はスプリング
固定部材26を介してL型固定部材12に取り付けられてい
る。支持部材27の一端は、レバー14に固定されていると
ともに他端はダイアフラム本体9の基部9aに固定されて
いる。
[発明の効果] 本発明は以上のような構成を有するものであるから、
微小流量から大流量まで広い範囲において、周波数と電
圧を変化させることで、正確にコントロールできるとの
効果がある。
また、駆動電圧と流量との関係を示したグラフは、第
8図であり、駆動周波数と流量の関係を表わしたものが
第10図のグラフであるが、上記のグラフから明らかなよ
うに、電圧及び周波数により流量がリニアに変化するの
で安定な流量を制御できるとの効果がある。
更に、印加電圧波形として第11図(1)に示した正弦
波を用いると静粛な駆動が可能となり、(2)の矩形波
では、騒音が発生するものの、正確な定量送りができ、
(3)、(4)、(5)、(6)の波形を用いることも
できるとの効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例の縦断面図、第2図は第1
図のA−B線の縦断面図、第3図は本発明に使用されて
いるダイアフラム本体の縦断面図、第4図は他のダイア
フラム本体の縦断面図、第5図は本発明の第2実施例の
一部を省略した簡略図、第6図は本発明の第3実施例の
一部を省略した簡略図、第7図は第6図に示した第3実
施例の一部縦断面図、第8図は駆動電圧と1秒当りの流
量を示したグラフ、第9図はダイアフラム本体の平行移
動の状態を示した斜視図、第10図は本発明の周波数と1
秒当りの流量を示したグラフ、第11図は印加電圧波形を
示した図、第12図は従来のバイモルフ型圧電ポンプの略
縦断面図、第13図は従来のバイモルフ型アクチュエータ
ーの直流電圧と変位特性を示した図、第14図は球状変位
及び円錐状変位を示した図である。 1…蓋体、2…ケーシング 2a…ケーシング内、2b…拡大機構 3…吸入口、4…吐出口 5、6…中空部、5a…吸入側逆止弁 6a…吐出側逆止弁、7…コ状支持部材 7a…左支持部材、7b…右支持部材 8…ポンプ室、9…ダイアフラム本体 9a…其部、10…被膜 10a〜10c…凸部、10d…凹部 11…圧電アクチュエータ、12…L型固定部材 13…スプリング、14…レバー 15…板バネ、16〜19…Oリング 20〜24…ボルト、25…スプリング先端 26…スプリング固定部材、27…支持部材 28〜31…ボルト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井川 博之 東京都大田区南久が原1丁目13番6号 株式会社日本計器製作所内 (56)参考文献 特開 昭60−98182(JP,A) 実開 昭61−103580(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F04B 43/04,9/00

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】蓋部とケーシング部とからなる圧電ポンプ
    において、 蓋部には、吸入口と吐出口とを設けるとともに、吸入口
    に連通する中空部には吸入側逆止弁を、また吐出口に連
    通する中空部には吐出側逆止弁を夫々設け、吸入側逆止
    弁と吐出側逆止弁とが臨むポンプ室の一側を覆って基部
    の表面に伸縮自在の弾性部材で被膜を形成したダイアフ
    ラム本体が取り付けられており、 ケーシング部内には、ケーシング部内に固定されるL型
    固定部材と、 L型固定部材に固定される板バネと、板バネの先端開放
    部に取り付けられるレバーと、レバーの他端部に直交し
    て固定される支持部材と、板バネに近接しL型固定部材
    とレバー間に固定される縦効果型圧電アクチュエータ
    と、一端を支持部材に係止させるとともに他端をL型固
    定部材に係止させたスプリングとからなる拡大機構を設
    け、 前記ダイアフラム本体の基部と前記支持部材とを固定し
    たことを特徴とする圧電ポンプ。
  2. 【請求項2】前記ケーシング部を前記蓋部の真横に配置
    したことを特徴とする請求項1に記載の圧電ポンプ。
  3. 【請求項3】前記ダイアフラム本体の基部にコ状支持部
    材を固定するとともに、コ状支持部材を前記支持部材の
    垂設部に取り付けたことを特徴とする請求項1に記載の
    圧電ポンプ。
  4. 【請求項4】前記ポンプ室の下方に前記吸入口を、上方
    に前記吐出口を設けたことを特徴とする請求項1〜3の
    いずれか1項に記載の圧電ポンプ。
  5. 【請求項5】前記吸入側逆止弁及び吐出側逆止弁をボー
    ル弁としたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1
    項に記載の圧電ポンプ。
  6. 【請求項6】ダイアフラム本体の被膜の外周部表面には
    複数の突出部を形成するとともに、前記被膜の外周部裏
    面には凹部を形成したダイアフラム本体としたことを特
    徴とする請求項1〜5のいすれか1項に記載の圧電ポン
    プ。
  7. 【請求項7】前記スプリングの一端を前記支持部材に係
    止するとともに他端をスプリング固定部材を介してL型
    固定部材に係止させたことを特徴とする請求項1〜6の
    いずれか1項に記載の圧電ポンプ。
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