JP3391066B2 - 圧電ポンプ - Google Patents
圧電ポンプInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、医療機器、産業機器、
理化学機器等に用いられる圧電ポンプ、特に高吐出圧ポ
ンプに関する。 【0002】 【従来の技術】圧電ポンプの振動子はバイモルフ素子の
屈曲運動を利用したものなので、大きな変位量が必要と
される。その特性を満足させるために、高誘電率、高電
気機械結合係数をもつ圧電板を用いる必要がある。従来
は、誘電率5000、電気機械結合係数0.58近傍の
高い特性を持つ、振動子厚み0.7mm、直径50mm
の圧電板2枚を、金属板を介して接着していた。また、
接着剤としては、エポキシ樹脂等が用いられていた。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
圧電ポンプに組み込まれていた素子の発生力では、いま
だ高吐出圧をもつ圧電ポンプに用いるには十分でなく、
高吐出圧をもつ圧電ポンプを得るには、高発生力バイモ
ルフ素子を組み込む必要がある。 【0004】ここで、発生力Fは、通常次のように表さ
れる。 【0005】F=A×(T×d31/SE 11)×V 但し、Aは定数、Tは素子の厚み、d31は圧電歪定数、
SE 11は弾性コンプライアンスおよびVは印加直流電圧
を示す。 【0006】従って、上記の関係式を参考にすると、通
常の素子の発生力を大きくしようとすると印加電圧を上
げる、素子の厚みを増す、圧電歪定数の大きなものを選
ぶということが考えられる。 【0007】しかしながら、従来の圧電ポンプに組み込
まれていたバイモルフ素子では、ポンプの吐出圧を上げ
ようとして、すなわち素子の発生力を上げようとして従
来の商用電源100Vのかわりに200Vを印加すると
消費電力が増大して発熱を伴い、素子、ポンプの破損に
つながる。また、素子の厚みを増して発生力を上げよう
としても、変位量が極端に小さくなり、屈曲運動を利用
した圧電ポンプにとっては不利となる。圧電板を圧電歪
定数のさらに大きなものに代えると誘電率の大きな、す
なわち低インピ−ダンスの素子になってしまい、消費電
力の増大による発熱を伴い、素子、ポンプの破損につな
がっていた。 【0008】 【課題を解決するための手段】このような問題を解決す
るために、本発明者は鋭意検討した結果、本発明を完成
するに至った。 【0009】すなわち、本発明は圧電ポンプの圧電振動
子として、誘電率3000以上、電気機械結合係数Kp
50%以上の圧電板を金属板を介してその両側に分極方
向を揃えて接着し、直径が30〜70mm、厚さが1.
3〜2.0mmの範囲内で静電容量が150〜200n
Fになるような直径と厚さを選択した円盤状のバイモル
フ型圧電振動子を用いて構成した圧電ポンプに関する。 【0010】更に詳しく本発明を説明する。 【0011】圧電ポンプの圧電振動子に使われる圧電体
の誘電率は3000以上、電気機械結合係数kpは50
%以上が好ましい。圧電板の誘電率が3000未満、電
気機械結合係数kpが50%未満であると変位量及び発
生力が低下してしまい、ポンプの吐出量、吐出圧力を低
下する場合がある。直径は30〜70mmの範囲にあ
る。直径が70mmより大きいと発生力の低下および発
熱を伴い、30mmより小さいと変位量が低下し、ポン
プの破損やポンプ特性の低下につながる。振動子厚さは
1.3〜2.0mmの範囲内で静電容量が150〜20
0nFになるように直径と厚さを選択するのが好まし
い。静電容量が150nF未満、200nFをこえるよ
うな厚みを選択すると素子の破損や素子特性の低下を生
じ、それがポンプの破損やポンプ特性の低下につなが
る。 【0012】本発明に示す静電容量、誘電率及び電気機
械結合係数の測定にはベクトルインピ−ダンスメ−タ−
を用いた。 【0013】圧電振動子の表面は、防水、防湿および電
気的絶縁のためにエポキシ系塗料等でコ−ティングする
と良い。コ−ティングの代わりにテフロン等の絶縁テ−
プを貼っても良い。 【0014】吸込/吐出用のチェック弁としては、アン
ブレラ型、ダックビル型等が用いられ、材質としてはシ
リコンゴム、合成ゴム等を例示することができる。 【0015】 【実施例】以下本発明を実施例を用いて説明する。 【0016】実施例 Pb,Zr,Ti,Laからなる複酸化物粉末100重
量部に、有機溶剤として酢酸エチル30重量部および酢
酸ブチル30重量部、バインダ−としてPVBを8重量
部、分散剤としてソルビタントリオレ−トを1重量部お
よび可塑剤としてDOPを3重量部添加してスラリ−化
し、ドクタ−ブレ−ド法によりシ−ト成形し、グリ−ン
シ−トを得た。円盤状に切り出したグリ−ンシ−トを大
気中にて1290℃に2時間保持して焼結させた。この
焼結体を直径50mm,厚さ0.7mmの円盤状に機械
加工し、銀電極を付与し、さらに分極を施して圧電板を
得た。ベクトルインピ−ダンスメ−タ−を用いて、誘電
率、および電気機械結合係数Kp値を測定した結果、各
々3900、62%であった。 【0017】得られた圧電板を直径49mm,厚さ0.
1mmのリン青銅板を介して接着し、これにリ−ド線5
をハンダ付けしてポンプ用圧電振動子を得た。得られた
圧電振動子の厚みは1.5mm,静電容量は180nF
であった。 【0018】次にこの圧電振動子を用いて図1に示すよ
うな圧電ポンプを組立てた。すなわち、上記の圧電振動
子3を、外径50mmφ、内径46mmφ、厚さ0.3
mmのシリコンゴムからなる固定用パッキン4を介し
て、2枚のアルミニウムからなる平板ケーシング1で挟
んだ。ここで、片方の平板ケーシングには、吸込用6/
吐出用6´のノズルが設けてあり、そのノズルにはダッ
クビル型のチェック弁2および2´をそれぞれ取付け
た。なお、吐出用ノズルの最も固定用パッキン4に近い
位置は、固定用パッキン4の内端より5mm以内が、ま
た、圧電振動子の吸込ノズル側を吐出ノズル側に比べて
2°以上下側に傾斜させることが、流体を円滑に流入/
流出でき好ましい。 【0019】本発明の圧電ポンプを用いて水を流した場
合のポンプ特性の測定結果を表1に示す。なお、圧電素
子には、200V、50Hzの交流電圧を印加した。 【0020】比較例1 実施例の圧電振動子のかわりに、誘電率5000、電気
機械結合係数58%、振動子厚さ0.7mm、直径50
mmの圧電振動子を用いた他はすべて実施例と同様にし
て圧電ポンプを組立てた。この圧電ポンプに100V、
50Hzの交流電圧を印加したときのポンプ特性を測定
した結果を表1に示す。 【0021】比較例2 実施例の圧電振動子のかわりに、誘電率2200、電気
機械結合係数62%、振動子厚さ1.5mm、直径50
mmの圧電振動子を用いた他はすべて実施例と同様にし
て圧電ポンプを組立てた。この圧電ポンプに200V、
50Hzの交流電圧を印加したときのポンプ特性を測定
した結果を表1に示す。 【0022】 【表1】 【0023】 【発明の効果】本発明による圧電ポンプは、200Vを
印加してもポンプの破損を伴わず、ポンプ特性である吐
出圧力を飛躍的に向上させることが可能となった。
理化学機器等に用いられる圧電ポンプ、特に高吐出圧ポ
ンプに関する。 【0002】 【従来の技術】圧電ポンプの振動子はバイモルフ素子の
屈曲運動を利用したものなので、大きな変位量が必要と
される。その特性を満足させるために、高誘電率、高電
気機械結合係数をもつ圧電板を用いる必要がある。従来
は、誘電率5000、電気機械結合係数0.58近傍の
高い特性を持つ、振動子厚み0.7mm、直径50mm
の圧電板2枚を、金属板を介して接着していた。また、
接着剤としては、エポキシ樹脂等が用いられていた。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
圧電ポンプに組み込まれていた素子の発生力では、いま
だ高吐出圧をもつ圧電ポンプに用いるには十分でなく、
高吐出圧をもつ圧電ポンプを得るには、高発生力バイモ
ルフ素子を組み込む必要がある。 【0004】ここで、発生力Fは、通常次のように表さ
れる。 【0005】F=A×(T×d31/SE 11)×V 但し、Aは定数、Tは素子の厚み、d31は圧電歪定数、
SE 11は弾性コンプライアンスおよびVは印加直流電圧
を示す。 【0006】従って、上記の関係式を参考にすると、通
常の素子の発生力を大きくしようとすると印加電圧を上
げる、素子の厚みを増す、圧電歪定数の大きなものを選
ぶということが考えられる。 【0007】しかしながら、従来の圧電ポンプに組み込
まれていたバイモルフ素子では、ポンプの吐出圧を上げ
ようとして、すなわち素子の発生力を上げようとして従
来の商用電源100Vのかわりに200Vを印加すると
消費電力が増大して発熱を伴い、素子、ポンプの破損に
つながる。また、素子の厚みを増して発生力を上げよう
としても、変位量が極端に小さくなり、屈曲運動を利用
した圧電ポンプにとっては不利となる。圧電板を圧電歪
定数のさらに大きなものに代えると誘電率の大きな、す
なわち低インピ−ダンスの素子になってしまい、消費電
力の増大による発熱を伴い、素子、ポンプの破損につな
がっていた。 【0008】 【課題を解決するための手段】このような問題を解決す
るために、本発明者は鋭意検討した結果、本発明を完成
するに至った。 【0009】すなわち、本発明は圧電ポンプの圧電振動
子として、誘電率3000以上、電気機械結合係数Kp
50%以上の圧電板を金属板を介してその両側に分極方
向を揃えて接着し、直径が30〜70mm、厚さが1.
3〜2.0mmの範囲内で静電容量が150〜200n
Fになるような直径と厚さを選択した円盤状のバイモル
フ型圧電振動子を用いて構成した圧電ポンプに関する。 【0010】更に詳しく本発明を説明する。 【0011】圧電ポンプの圧電振動子に使われる圧電体
の誘電率は3000以上、電気機械結合係数kpは50
%以上が好ましい。圧電板の誘電率が3000未満、電
気機械結合係数kpが50%未満であると変位量及び発
生力が低下してしまい、ポンプの吐出量、吐出圧力を低
下する場合がある。直径は30〜70mmの範囲にあ
る。直径が70mmより大きいと発生力の低下および発
熱を伴い、30mmより小さいと変位量が低下し、ポン
プの破損やポンプ特性の低下につながる。振動子厚さは
1.3〜2.0mmの範囲内で静電容量が150〜20
0nFになるように直径と厚さを選択するのが好まし
い。静電容量が150nF未満、200nFをこえるよ
うな厚みを選択すると素子の破損や素子特性の低下を生
じ、それがポンプの破損やポンプ特性の低下につなが
る。 【0012】本発明に示す静電容量、誘電率及び電気機
械結合係数の測定にはベクトルインピ−ダンスメ−タ−
を用いた。 【0013】圧電振動子の表面は、防水、防湿および電
気的絶縁のためにエポキシ系塗料等でコ−ティングする
と良い。コ−ティングの代わりにテフロン等の絶縁テ−
プを貼っても良い。 【0014】吸込/吐出用のチェック弁としては、アン
ブレラ型、ダックビル型等が用いられ、材質としてはシ
リコンゴム、合成ゴム等を例示することができる。 【0015】 【実施例】以下本発明を実施例を用いて説明する。 【0016】実施例 Pb,Zr,Ti,Laからなる複酸化物粉末100重
量部に、有機溶剤として酢酸エチル30重量部および酢
酸ブチル30重量部、バインダ−としてPVBを8重量
部、分散剤としてソルビタントリオレ−トを1重量部お
よび可塑剤としてDOPを3重量部添加してスラリ−化
し、ドクタ−ブレ−ド法によりシ−ト成形し、グリ−ン
シ−トを得た。円盤状に切り出したグリ−ンシ−トを大
気中にて1290℃に2時間保持して焼結させた。この
焼結体を直径50mm,厚さ0.7mmの円盤状に機械
加工し、銀電極を付与し、さらに分極を施して圧電板を
得た。ベクトルインピ−ダンスメ−タ−を用いて、誘電
率、および電気機械結合係数Kp値を測定した結果、各
々3900、62%であった。 【0017】得られた圧電板を直径49mm,厚さ0.
1mmのリン青銅板を介して接着し、これにリ−ド線5
をハンダ付けしてポンプ用圧電振動子を得た。得られた
圧電振動子の厚みは1.5mm,静電容量は180nF
であった。 【0018】次にこの圧電振動子を用いて図1に示すよ
うな圧電ポンプを組立てた。すなわち、上記の圧電振動
子3を、外径50mmφ、内径46mmφ、厚さ0.3
mmのシリコンゴムからなる固定用パッキン4を介し
て、2枚のアルミニウムからなる平板ケーシング1で挟
んだ。ここで、片方の平板ケーシングには、吸込用6/
吐出用6´のノズルが設けてあり、そのノズルにはダッ
クビル型のチェック弁2および2´をそれぞれ取付け
た。なお、吐出用ノズルの最も固定用パッキン4に近い
位置は、固定用パッキン4の内端より5mm以内が、ま
た、圧電振動子の吸込ノズル側を吐出ノズル側に比べて
2°以上下側に傾斜させることが、流体を円滑に流入/
流出でき好ましい。 【0019】本発明の圧電ポンプを用いて水を流した場
合のポンプ特性の測定結果を表1に示す。なお、圧電素
子には、200V、50Hzの交流電圧を印加した。 【0020】比較例1 実施例の圧電振動子のかわりに、誘電率5000、電気
機械結合係数58%、振動子厚さ0.7mm、直径50
mmの圧電振動子を用いた他はすべて実施例と同様にし
て圧電ポンプを組立てた。この圧電ポンプに100V、
50Hzの交流電圧を印加したときのポンプ特性を測定
した結果を表1に示す。 【0021】比較例2 実施例の圧電振動子のかわりに、誘電率2200、電気
機械結合係数62%、振動子厚さ1.5mm、直径50
mmの圧電振動子を用いた他はすべて実施例と同様にし
て圧電ポンプを組立てた。この圧電ポンプに200V、
50Hzの交流電圧を印加したときのポンプ特性を測定
した結果を表1に示す。 【0022】 【表1】 【0023】 【発明の効果】本発明による圧電ポンプは、200Vを
印加してもポンプの破損を伴わず、ポンプ特性である吐
出圧力を飛躍的に向上させることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の圧電ポンプの構成を示す断面図であ
る。 【符号の説明】 1 :平板状ケ−シング 2,2´:チェック弁 3 :圧電振動子 4 :固定用パッキン 5 :リ−ド線 6 :吸込口 6´ :吐出口
る。 【符号の説明】 1 :平板状ケ−シング 2,2´:チェック弁 3 :圧電振動子 4 :固定用パッキン 5 :リ−ド線 6 :吸込口 6´ :吐出口
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フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭59−32182(JP,A)
特開 平3−171784(JP,A)
実開 平4−34479(JP,U)
実用新案登録2606595(JP,Y2)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
F04B 9/00 - 19/24
F04B 43/00 - 47/14
F04B 53/00 - 53/22
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 圧電振動子の外周部をその振動子の径に
あったパッキンを取り付けた平板状ケ−シングで挟みこ
み固定し、その平板ケ−シングの片側に流体吸込口およ
び流体吐出口を設け、この吸込口の各々に吸い込み、吐
出用チェック弁を設けてなる圧電ポンプにおいて、 上記圧電振動子として、誘電率3000以上、電気機械
結合係数Kp50%以上の圧電板を金属板を介してその
両側に分極方向を揃えて接着し、直径が30〜70m
m、振動子厚さが1.3〜2.0mmの範囲内で静電容
量が150〜200nFになるような直径と厚さを選択
した円盤状のバイモルフ型圧電振動子を用いて構成した
ことを特徴とする圧電ポンプ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29787293A JP3391066B2 (ja) | 1993-11-29 | 1993-11-29 | 圧電ポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29787293A JP3391066B2 (ja) | 1993-11-29 | 1993-11-29 | 圧電ポンプ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07151061A JPH07151061A (ja) | 1995-06-13 |
JP3391066B2 true JP3391066B2 (ja) | 2003-03-31 |
Family
ID=17852221
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP29787293A Expired - Fee Related JP3391066B2 (ja) | 1993-11-29 | 1993-11-29 | 圧電ポンプ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3391066B2 (ja) |
-
1993
- 1993-11-29 JP JP29787293A patent/JP3391066B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07151061A (ja) | 1995-06-13 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |