JPH02277969A - 振動子ポンプの流量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、振動子ポンプの制御装置に関する。

詳しくは化学、医療、家庭等において少流量の液体を０
送する圧電振動子を利用したポンプの制御装置に関する
。

［従来の技術］ 交番電圧を印加することにより振動する圧電振動子を用
いた振動子ポンプは、少流量の液体移送に近年多く使用
されている。交番電界としては、正弦波形及びパルス波
形が用いられている。

従来、振動子ポンプの流量の制御は、■交番電界の波高
値を変える（電圧制御）、■交番電界の周波数を変える
（周波数制御）等の方法により行なわれていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、圧電振動子は、通常、複雑な周波数特性
を持っているので、吐出流量と周波数とは比例しない。

つまり、周波数を変化させることにより目標流量となる
ように正確に制御するのは困雅であった。

また、波高値を変化させて流量を制御する方法はスライ
ダック等で容易に実現はできるが、これを自動で制御す
るには、制御回路及び制御機構が大型化し、高価なもの
となる欠点があった。即ち、外部信号により自動で制御
できる、小型で庶価な回路は提案されていなかった。

［課題を解決するための手段］ 本発明の振動子ポンプの流量制御装置は、圧電振動子に
交番パルス電圧を印加することにより発生する振動を駆
動源とする振動子ポンプの流量制御装置において、パル
ス幅制御部の出力と直流電源出力とをスイッチング回路
に入力してパルス電圧を出力させ、該スイッチング回路
の出力を抵抗を介して振動子に接続し、パルス幅制御部
の出力により振動子ポンプに印加される交番パルス電圧
の波高値を制御することにより吐出流量を制御すること
を特徴とするものである。

［作用コ 圧電振動子は、等偏口路上、コンデンサとして扱うこと
ができる特性を有している。従って、該圧電振動子に抵
抗を介してパルス電圧を印加する場合、該圧電振動子の
両端子間に印加される電圧は、抵抗とコンデンサとを直
列接続したＣＲ回路の時定数に従って立ち上ることにな
る。

従って、このパルス幅を短かくすると、圧電振動子に印
加される最大電圧（最高到達波高値）は小さく、該パル
ス幅を長くする程、最高到達波高値は大きくなる。（も
ちろん、最高到達波高値の上限はパルス電圧値となる。

） 圧電振動子に印加される電圧とポンプ吐出流量とは、通
常の印加電圧範囲において線形関係にある。従って、圧
電振動子に印加する交番パルス電圧のパルス幅を制御す
ることにより圧電振動子への印加電圧を制御し、これに
よってポンプの吐出流量を制御することができる。

このパルス幅を制御するための回路は簡易であるから、
本発明によると、簡易な構成にて圧電振動子ポンプの吐
出流量を正確に制御できる装置が提供される。

［実施例］ 以下、図面を用いて実施例について説明する。

第１図は本発明の実施例装置を示すブロック図である。

第１図において、駆動用交流電源（本実施例では商用電
源）３の電力は整流回路４に供給され、該整流回路４の
直流出力電圧がスイッチング回路５に人力されている。

スイッチング回路５にはパルス幅制御部２からの制御用
パルス信号が人力されており、スイッチング回路５はパ
ルス幅制御部２からの信号に応じて整流回路４の入力電
圧をパルス波として出力端子６．６′から出力している
。

該出力端子６，６′は、抵抗７を介して振動子ポンプ１
に接続されている。振動子ポンプ１は圧電振動子（図示
路）を駆動動力源とするものであり、該圧電振動子と抵
抗７とは出力端子６．６′に対し直列に接続されている
。

振動子ポンプ１は圧電振動子に電圧を印加して振動させ
ることにより、流体の吸入、吐出を繰り返すポンプであ
れば良く、その構造、形状等は特に限定されない。

パルス幅制御部２は、制御用パルス信号を発生させ、か
つ、この制御用パルス信号幅及び周波数を調節できるも
のとされる。制御用パルス信号の波高値つまり電圧は、
スイッチング回路５を駆動できる電圧とされる。このパ
ルス幅制御部２は、具体的にはコンピュータ、特にマイ
クロコンピュータが好適に利用される。本発明では、こ
のパルス幅制御部２から出力されるパルス幅が流量制御
情報を有する。

スイッチング回路５は、整流回路４から供給される直流
電圧をパルス幅制御部２より出力された制御用パルス信
号に応じて０Ｎ−ＯＦＦさせる。

そして、制御用パルス信号と同一の周波数及びパルス幅
で、該直流電圧と同一の波高値を有するパルス電圧を出
力する。このパルス電圧は抵抗７を通り、振動子ポンプ
１の圧電振動子に印加される。

なお、前記整流回路４及びスイッチング回路５は、抵抗
、コンデンサ、ダイオード、トランジスタ等の素子で回
路が実現される。

上記装置の作動について次に説明する。

スイッチング回路５の２次側の回路、つまり第１図の出
力端子６，６′よりも２次側を電気的等偏口路で示すと
、圧電振動子はコンデンサ１′とみなすことができるの
で、第２図のような回路となる。

パルス幅制御部２より出力される制御用パルス信号波形
が第３図（ａ）とすると、スイッチング回路５より出力
されるパルスは、第３図（ｂ）の通り、該パルス幅制御
部２の出力と同相であり、かつ波高値が整流回路４から
の直流電圧と同じ値のパルス波形となる。

圧電振動子に印加されるパルス波形は、ＣＲ回路となっ
ている第２図の回路を通るので、第３図（Ｃ）の如く１
次遅れの波形となる。この波形の最高到達波高値（Ｖｃ
）は、パルス幅制御部２のパルス幅を変えることにより
、ＣＲ回路の時定数との関係で変化する。具体的には、
パルス幅制御部２からの制御パルス信号幅を長くすると
、第３図の（イ）、（ロ）、−（ハ）の順の如く、Ｖｃ
は大きくなる。つまり、Ｖｃはパルス幅により制御でき
る。さらに、ＶｃはＣＲ回路の時定数で（τ＝１７’ｃ
、Ｒ）を変更することによっても調節できる。例えば、
抵抗７を可変抵抗とし、その抵抗値を変えることによっ
てもパルスの最高到達波高値Ｖｃを制御することができ
る。

振動子ポンプ１に印加される電圧Ｖｃとポンプの吐出流
量Ｑとは、第４図（ａ）の如く比例関係にある。吐出側
の背圧Ｐを大きくすると、印加電圧Ｖｃと吐出流量Ｑと
の比例関係は、低流量側へ穆行する。背圧Ｐの大部分が
ポンプ吐出側の絞り等の流体抵抗によって支配される場
合、背圧Ｐは吐出流量Ｑに対して第４図（ｂ）のように
開平関数の関係となる。

また、最高到達波高値Ｖｃと振動子ポンプ１への印加パ
ルス幅との関係は、第４図（Ｃ）のように指数関数の関
係にある。（この関数の時定数は、前記ＣＲ回路の時定
数τと一致する。）即ち、この最高到達波高値Ｖｃは、
振動子ポンプ１に人力されるパルス幅に対して指数関数
的に変化する。

背圧Ｐが静止ヘッドで支配される場合は、この第４図（
Ｃ）に示す最高到達波高値Ｖｃとパルス幅との関係をパ
ルス幅制御部２で記も＠シておき、この記憶に基いて制
御用パルス信号幅を補正する。これにより、パルス幅制
御部２に与えられる吐出流量を指示する電気人力の変化
に対して、ポンプ吐出流量を比例させて変化させる直線
関係が実現される。

背圧Ｐの大部分が流体抵抗で支配される場合は、第４図
（ａ）　　第４図（ｂ）及び第４図（ｃ）の関係がある
から、ＣＲ回路の時定数を調節することにより、吐出流
量Ｑとパルス幅とは、はぼ直線関係となる第５図の如き
特性を実現することが可能である。

このように、いずれの場合にあっても、ポンプの吐出流
ｆ、Ｑは、パルス幅制御部２の制御用パルス信号幅を変
化させることにより、吐出流量を指示するパルス幅制御
部２への入力信号に比例して直線的に制御できる。

上記実施例では、直流電源として整流回路が深川されて
いるが、電池などであっても良い。

［効果］ 以上の通り、本発明の制御装置は圧電振動子に印加する
電圧をパルス電圧とし、振動子ポンプへの入力回路に抵
抗を直列に接続したものであり、回路構成が簡易である
から装置構成コストが廉価である。しかも、装置全体の
小型化か可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御装置の実施例を示すブロック図、
第２図は振動子ポンプ廻りの電気的等価回路図、第３図
はパルス波形図である。第４図及び第５図はポンプ作動
特性を示す線図である。 １・・・振動子ポンプ、　　　２・・・パルス幅制御部
、３・・・駆動用電源、　　　４・・・整流器、５・・
・スイッチング回路、７・・・抵抗。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電振動子に交番パルス電圧を印加することによ
   り発生する振動を駆動源とする振動子ポンプの流量制御
   装置において、パルス幅制御部の出力と直流電源出力と
   をスイッチング回路に入力してパルス電圧を出力させ、
   該スイッチング回路の出力を抵抗を介して振動子に接続
   し、パルス幅制御部の出力により振動子ポンプに印加さ
   れる交番パルス電圧の波高値を制御することにより吐出
   流量を制御することを特徴とする振動子ポンプの流量制
   御装置。