JPH02283877A

JPH02283877A - 振動子ポンプ及びその運転方法

Info

Publication number: JPH02283877A
Application number: JP10207789A
Authority: JP
Inventors: Mineyuki Arikawa; 峯幸有川; Yukio Senda; 千田　幸雄
Original assignee: Mitsubishi Kasei Corp
Current assignee: Mitsubishi Kasei Corp
Priority date: 1989-04-21
Filing date: 1989-04-21
Publication date: 1990-11-21

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】［ａ業上の利用分野］本発明は振動子ポンプに関する。詳しくは、化学、医癲
、家庭等において、小流量の流体を安定して効率良く移
送する圧電振動子を利用したポンプに関する。

［従来の技術］従来、小流量の液体を移送するポンプとしては、プラン
ジャーポンプ、電磁ポンプが用いられていた。近年、脈
動が少なく流量の安定した、圧電振動子に電圧を印加し
て振動させることにより、吸入側逆止弁を通して流体を
吸込み、吐出側逆止弁を通して流体を吐出する振動子ポ
ンプが提案されている。このポンプの性能をさらに向上
させる提案もなされている０例えば、振動子ポンプの印
加電圧の回路にインダクタンスを挿入し、ＬＣ共振回路
を設けたり（特開昭６１−１３９２８４号公報）、圧電
振動子に荷重を付加すること（実開昭５７−３８８４号
公報）により、電気／機械変換系において共振を実現さ
せてポンプ性能の向上を図っている。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、前記提案において、ポンプとして最も重
要な物理量の変換量である振動／流量または振動／圧力
変換系については、提言されていない。そのため、流体
の有する固有振動数に関係なく印加電圧の周波数を選定
しているので、高い効率の運転は困難であった。

［課題を解決するための手段］本発明は、圧電振動子に電圧を印加し、該圧電振動子を
振動させることにより、吸入側逆上弁を通して流体を吸
込み、吐出側逆止弁を通して流体の吐出を行なう振動子
ポンプとその運転方法に関する。

本発明方法は、印加する電圧の周波数（ｆａ）と流体の
固有振動数（ｆｂ）との比をｆ　ａ　／　ｆ　ｂ＝０．
７０〜２．５０とするものである。

本発明の振動子ポンプは、流体の固有振動数制御機構及
び印加電圧の周波数制御機構の少なくとも一方と、流体
の固有振動数計測機構とを設けたことを特徴とするもの
である。

［作用］上記比率ｆ　ａ　／　ｆ　ｂを０．７０〜２．５０とす
ることにより、ポンプが共振状態となり、ポンプ効率が
著しく高められる。

［実施例〕以下、図面を参照して本発明の実施例につい”Ｃ説明す
る。

第１図は本発明の実施例に係る振動子ポンプの構成を示
すブロック図、第２図は振動子ポンプの本体部分の断面
図である。振動子ポンプの本体１は、圧電振動子２．２
′、吐出側逆上弁３、吸入側逆止弁４、圧電振動子支持
部５．５′からなる。吐出側逆止弁３には流体の吐出配
管６が接続され、吸入側逆止弁４には流体の吸入配管７
が連結されている。

本発明で用いられる流体の固有振動数計測機構（流体の
固有振動数を計測する機構）は、例えば第１図のように
撮動子ポンプの本体１に設けられ、圧電振動子２．２′
の振動で流体を加振する力を検出する加振力センサ１２
と、吐出した流量を計測する流量センサ１３とからなる
。

加振力センサ１２としては、薄型ストレンゲージ式や圧
電材料による力センサが挙げられる。また、多くの振動
子ポンプの圧電振動子では、流体を加振する力と圧電振
動子の振動とに一意的な関係が存在するので、振動（振
幅）を検知するセンサも使用できる。振動を検知するセ
ンサとしては、渦電流式、光学式等の非接触式及び接触
式の振動センサ（一般の変位センサ）が挙げられる。

流量センサ１３としては、一般の流量を計測する流量検
出素子、流量検出器の他、吐出した流体の圧力を計測で
きるストレンゲージ式等の圧力センサも使用できる。

これらのセンサ１２．１３は、力や流量の高速な動きを
計測できるものであり、具体的には、通常印加される電
圧の周波数１〜１０００Ｈｚに対して十分に速い応答性
を有するものである。

流体の固有振動数とは、上記加振力センサ１２と流量セ
ンサ１３とにより検知される振幅、つまり、振動のピー
クの最高値と最低値との差の比ＨＡ／Ｈａ（ＨＡは加振
力センサ１２の検出振幅、Ｈ，は流量センサ１３の検出
振幅）が最大となる周波数、または、各々のセンサで検
知される周期波形間の位相の差の変化速度が最大となる
周波数である。

本発明の振動子ポンプの一態様においては、振動子ポン
プの運転を開始する前、又は運転中に前記流、体の固有
振動数（ｆｂ）を測定し、ｆａ／ｆｂ＝０．７０〜２．
５０、好ましくはｆａ／ｆｂ＝０．８５〜１．５０とな
るように圧電振動子に印加する電圧の周波数（ｆａ）を
調節するよう構成されている。

なお、共振現象のピークの鋭さ（Ｑ値）が高いほどｆ　
ａ　／　ｆ　ｂの好適範囲は小さくなくてはならないが
、流体抵抗等の摩擦抵抗の多いポンプでは、上記範囲ま
で広げることができる。

流体の固有振動数をポンプの運転中に常時計測して、ｆ
ａ／ｆｂの値が前記範囲となるように圧電振動子に印加
する電圧の周波数を自動調節すると、さらに性能が向上
するので好ましい。

本発明の振動子ポンプの他の態様は、吐出側逆止弁３、
吸入側逆止弁４、圧電振動子支持体５、吐出配管６、吸
入配管７等に設けた固有振動数制御機構により流体の固
有振動数を制御し、流体の固有振動数（ｆｂ）と印加す
る電圧の周波数（ｆａ）との比ｆ　ａ　／　ｆ　ｂを前
記範囲に制御しつるよう構成したものである。

固有振動数制御機構を吐出側逆止弁３又は吸入側逆止弁
４に設ける場合、逆止弁弁体の弾性係数を調節すること
により、流体の固有振動数を調節できる。その−例を第
３図に示す。

第３図は、流体の流入口２２、弁体２１、流体の流出口
２３から構成される逆止弁２０に制御機構を設けたもの
である。

第３図では５制御機構はスプリング等の弾性体２４によ
り構成されている。該弾性体２４の一端は弁体２１に取
り付けられており、他端は弾性調節部２５に接続されて
いる。弾性調節部２５は、例えばネジを用いることがで
きる。ネジの場合、ポンプの内部と外部とを連通ずるよ
うに穿設された酸ネジ孔２５ａに液密にシールされて螺
挿されている。該ネジ２５を回して螺進させることによ
り、挿入位置を調節できる。このように、弾性調節部２
５の挿入位置を調節することにより、弁体２１の弾性係
数を変化させる。弁体２１の弾性係数を増大させると、
流体の固有振動数も上層し、逆に弾性係数を減少させる
と、流体の固有振動数も低下する。従って、弾性調節部
２５の挿入位置を調節することにより、流体の固有振動
数を制御でとる。

圧電振動子支持体５．５′で固有振動数を制御する一例
を第４図に示す、第４図（ａ）は、圧電振動子支持体５
又は５′の支持部の間隔を広く、又は狭くし、撮動の支
点間距離を変えて固有振動数を制御するものである。な
お、第４図（ａ）は支点間距離が広い支持体５Ａを示し
、同（ｂ）は同距離が狭い支持体５Ｂを示す。

第４図（ｃ）は、圧電振動子支持体５とその取付部３３
との間にスプリング等の弾性体３５を挿入したものであ
る。これは、圧電振動子支持体５の押える力を間陽調節
部３２で調節して、該支持体５と取付部３３との間隔を
変えることにより、流体の固有振動数を制御するもので
ある。

吐出配管６又は吸入配管７に固有振動数の制御機構を設
ける手段としては、例えば第５図に示すものが挙げられ
る。

第５図（ａ）は吐出配管６に分岐部を設け、その分岐部
にベローズ等の１次元方向に伸縮可能な容器４１を設け
、容器４１の端部と固定部４６との間にスプリング等の
弾性体４２を設けた機構である。第５図（ｂ）は、前記
同様、分岐部に容量が可変のゴム、柔軟性プラスチック
等からなる弾性材料の容器４３を設けたものである。第
５図（Ｃ）は、分岐部にブルドン管４４を設け、その先
端に一端を固定部４６に固定したスプリング等の弾性体
４５を接続したものである。この場合、弾性体４５は特
に設けなくても良い。これらの制御機構にあっては、容
器４１．４３、ブルドン管４４及び弾性体４２．４５の
弾性係数や反発力を調節することにより、固有振動数を
制御することができる。

これらの固有振動数の制御機構は、運転開始前に調節し
ても良いが、運転中に固有振動数を常時計測して印加電
圧の周波数との比を自動調節するのが好ましい。

実施例１．２及び比較例１．２圧電振動子として、直径３０ｍｍのバイモルフを用いた
振動子ポンプに交流１００Ｖを周波数を変えて印加して
、水を移送した。第１のセンサとして渦電流式振幅セン
サを用い、第２のセンサとしてストレンゲージ式圧カセ
ンサを用いた。流体の固有振動数は位相の差で計測した
結果、３０Ｈｚであった。

各周波数のポンプ効率を第１表に示す。なお、ポンプ効
率γは次式で算出した。

第表５．５′・・・圧電振動子支持体、６・・・吐出配管、　　　　７・・・吸入配管、１２．
１３・・・センサ、４１．４３・・・容器、２４．３５
．４２．４５・・・弾性体。

〔効果］以上の通り、本発明方法及び本発明ポンプによると、振
動子ポンプに印加する電圧の周波数と流体の固有振動数
とを特定の範囲に制御して共振状態とすることにより、
高いポンプ効率が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は振動子ポンプ全体構成を示すブロック図、第２
図はポンプ本体の縦断面模式図である。第３図、第４図及び第５図はそれぞれ本発明の具体例の
要部構成を示す断面図である。１・・・振動子ポンプ本体、２．２′・・・圧電振動子、

Claims

【特許請求の範囲】

（１）圧電振動子に電圧を印加し、該圧電振動子を振動
させることにより、吸入側逆止弁を通して流体を吸込み
、吐出側逆止弁を通して流体の吐出を行なわせる振動子
ポンプの運転方法において、印加する電圧の周波数（ｆ
ａ）と流体の固有振動数（ｆｂ）との比をｆａ／ｆｂ＝
０．７０〜２．５０とすることを特徴とする振動子ポン
プの運転方法。
（２）圧電振動子に電圧を印加し、該圧電振動子を振動
させることにより、吸入側逆止弁を通して流体を吸込み
、吐出側逆止弁を通して流体の吐出を行なう振動子ポン
プにおいて、流体の固有振動数制御機構及び印加電圧の
周波数制御機構の少なくとも一方と、流体の固有振動数
計測機構とを設けたことを特徴とする振動子ポンプ。