JPH0331589A

JPH0331589A - 振動子ポンプ

Info

Publication number: JPH0331589A
Application number: JP16459589A
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: 1989-06-27
Filing date: 1989-06-27
Publication date: 1991-02-12

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に係り、詳しくはポンプ室内のガ
スの滞留が防止され、少流量の液体を安定して効率良く
移送することができる振動子ポンプに関する。

［従来の技術］従来、少流量の液体を移送するポンプとしては、電動機
やソレノイドを駆動源とし、羽根車やピストン又はプラ
ンジャーを作動させ、その回転運動や往復運動により吸
入及び吐出を行なう機構があった。これらのポンプは電
動機やソレノイドを駆動源としていることから、その力
学的エネルギーを羽根車やピストン又はプランジャーに
伝達するための中間機構を必要とする。そのため、ポン
プの構造は複雑となり小型化も困難であるという不具合
があった。

このような問題を解決し、ポンプを小型化する手段とし
て、電気信号を直接振動に変換する圧電振動子を使用し
たポンプが提案された（例えば、特開昭５９−２０００
８１号公報）。

第３図はこのような従来の振動子ポンプを示す縦断面図
である０図中、１は圧電振動子、２はケーシング、３は
圧電振動子１を支持する支持体、４は０リング又はガス
ケット等からなる液密シール部、５は吸入口、６は吸入
側通路に設けられた吸入側逆止弁、フは吐出側通路に設
けられた吐出側逆止弁、８は吐出口である０図示の如く
、圧電振動子１は、その全周囲を、支持体３、ケーシン
グ２及び液密シール部４からなる固持部に液密に固持さ
れており、圧電振動子１と、ケーシング２の圧電振動子
１と対向する内面１０とでポンプ室９が区画形成されて
いる。

［発明が解決しようとする課題］第３図に示す従来のポンプでは、圧電振動子１の全周囲
を前記固持部で固持し、この固持した内側にポンプ室９
を形成する構造とされている。そのため、ポンプ室９内
に空気等のガス（気体）が溜る可能性が高い。（なお、
このガスは気体のままポンプ室内に吸入されたり、液体
に溶解してポンプ室内に吸入され該ポンプ室内で気化す
ることにより発生する。）即ち、圧電振動子１はポンプの吸入工程においてはケー
シング２と反対側の方向に撓み、逆に、ポンプの圧縮（
吐出）工程においては、第３図の２点鎖線ＩＡに示す如
く、ケーシング２の側に凸曲面となるように撓む。この
ため、０リングもしくはガスケット等の液密シール部４
付近に、常に圧電振動子１が入り込まない領域９ａ、９
ｂが存在することとなり、この領域９ａ、９ｂにガスが
滞留し、蓄積され易い。

このようにしてポンプ室９内にガスが溜ると、ポンプの
吐出性能（吐出流量・吐出圧力）の著しい低下をミたす
とともに、吐出性能の安定性も低下するという問題が生
起する。ガスが排出され易いようにポンプケーシング内
面をテーバにしたポンプも提案されているが（例えば特
開昭５９−２２１４８５号公報）、このような構造のも
のでも圧電振動子の固持部にガスが溜るのは避けきれず
、性能維持に対する大きな障害となっていた。

本発明は上記従来の問題点を解決し、ポンプ室内にガス
体が溜ることによる性能低下のおそれのない振動子ポン
プを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明の振動子ポンプは、ポンプ室を区画するようにケ
ーシングに薄板状の圧電振動子が装着されており、該ポ
ンプ室とケーシング外とを連通ずる吐出側通路及び吸入
側通路にそれぞれ吐出側逆止弁及び吸入側逆止弁が設け
られた振動子ポンプにおいて、前記ケーシングの圧電振
動子対向面の形状を、ポンプ吐出時の圧電振動子の撓み
形状に倣う形状としたことを特徴とする。

［作用］本発明の振動子ポンプにおいては、ケーシングの圧電振
動子対向面の形状をポンプ吐出時の圧電振動子の撓み形
状に倣う形状としたため、吐出工程において圧電振動子
がポンプ室内側に入り込むように撓んだときにポンプ内
容積を殆ど零にすることが可能とされる。このため、吸
入側から導入されたガスやポンプ内で気化したガスが、
各吐出工程毎にポンプ室内からほぼ完全に排出され、ポ
ンプ室内に圧縮性ガスが滞留することがない。このため
、吐出流量、吐出圧力等の吐出性能の低下が防止される
。

また、ポンプ室内が空の状態で始動する際、停止時にポ
ンプや配管系内にある空気等のガスを排出する力が向上
し、吹上ヘッドも改善される。

［実施例］以下に、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。

第１図は本発明の振動子ポンプの一実施例を示す縦断面
図、第２図（ａ）、（ｂ）は圧電振動子の動きを示す部
分断面図である。

本実施例に係る振動子ポンプにおいても、薄板状の圧電
振動子１の全周囲部分が液密シール部４を介して支持体
３によりケーシング２に固定保持されている。そして、
吸入口５に連通ずる吸入側通路と、吐出口８に連通する
吐出側通路には、それぞれ吸入側逆上弁６と吐出側逆止
弁フが設けられている。また、圧電振動子１とケーシン
グ２の圧電振動子１と対向する内面１０によりポンプ室
９が区画形成されている。

本実施例においては、ケーシング２の圧電振動子ｌと対
向する内面１０の形状は、圧電振動子１の吐出工程にお
ける最大振幅時の撓み形状とほぼ同一とされている。即
ち、圧縮時（吐出工程時）の圧電振動子１の最大振幅時
の形状に、ケーシング２の内面１０を対応させて加工し
て、吐出工程時のポンプ室９の容積を限りなく小さく、
好ましくは零にするように構成されている。

以下に、圧電振動子１の撓み形状及びケーシング２の内
面１０の形状と吐出工程時のポンプ室９の容積との関係
について説明する。

第２図（ａ）に吸入工程における圧電振動子１の形状を
示し、第２図（ｂ）に圧縮（吐出）工程における圧電振
動子１の形状を示す。図示の如く、圧電振動子ｌは、ポ
ンプの吸入工程においてはケーシング２と反対側に凸曲
面となるように撓み、逆に、ポンプの圧縮（吐出）工程
においては、圧電振動子１は、ケーシング２の側に凸曲
面となるように撓む。

従って、本実施例の如く、ケーシング２の圧電振動子１
に対向する内面１０の形状を、圧縮（吐出）工程の最大
振幅時の圧電振動子１の撓み形状に倣う形状とすること
により、第２図（ｂ）に示す如く、ケーシング２とケー
シング２の側に凸曲面となるように撓んだ圧電振動子１
との間に間隙が殆ど形成されることなく、圧縮（吐出）
工程におけるポンプ内容積１２Ｂはほぼゼロに等しくな
る。このため、吸入口５よりポンプ室９内にガス体とし
て、又は流体に溶解して流入しポンプ室９内で気化した
ガス体は、ポンプ圧縮（吐出）工程において、速やかに
そのほぼ全量が排出され、ポンプ室内にガス体が残留、
蓄積することがない。

従って、第２図（ａ）に示す吸入工程におけるケーシン
グ２と反対の側に凸曲面となるように撓んだ圧電振動子
１とケーシング２との間に形成されるポンプ内容積１２
Ａがポンプの１回の吐出量となる。

本実施例においては、ケーシング２の内面形状１０が、
ポンプ圧縮（吐出）工程における圧電振動子１の最大振
幅時において、ケーシング２と圧電振動子１との間に間
隙が殆ど形成されることがないように、即ち、この最大
振幅時の圧電振動子１の撓み形状とケーシング２の内面
１０とがほぼ同一の形状となるように、ケーシング２の
内面１０を加工する。

本発明においては、圧電振動子１の撓みを考える際は、
このような使用印加電圧の最大の時に生じる圧電振動子
１の最大撓み形状にケーシング２の内面１０を合致させ
るほか１、最も使用頻度が高く、重要な電圧の時の圧電
振動子１の撓み形状にケーシング２の内面１０を合致さ
せるようにこれを加工しても良い。

なお、圧電振動子１の撓みの詳細形状は有限要素法等に
より細部にわたり求めることができるので、電圧印加状
態での実際の圧電振動子１の撓みを測定しなくても内面
形状１０を容易に決定することができる。

ところで、本発明において、圧電振動子１の寸法、形状
等は使用する流体の物性値、圧力、流量等により適宜選
択することができる。

また、圧電振動子１を構成する圧電体としては、セラミ
ックス系、有機系のものが使用できる。具体的には、セ
ラミックス系の圧電体としてはチタン酸バリウム、チタ
ン酸鉛、チタン酸・ジルコン酸鉛等、有機系の圧電体と
しては、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンと三
フッ化ビニリデンとの共重合物等が挙げられる。

圧電振動子は、前記圧電体と金属薄板、例えばリン青銅
薄板によるシム材とから構成される。薄板状、例えば厚
さ０．２〜３ｍｍとした圧電体の両面に金属の蒸着、箔
の接着又は金属系塗布剤の塗布等により金属を積層して
膜状電極が形成される。この膜状電極には交流電圧を印
加する導線が取り付けられる。圧電振動子は、この圧電
体１枚とシム材１枚とを積層接合した単相型（ユニモル
フ）、シム材の両面に圧電体を積層した複層型（バイモ
ルフ）又は、シム材と圧電体とを交互に複数積層した形
で用いることができる。

このような圧電振動子は電気的に絶縁とするため、その
表面を絶縁材料で被覆する０例えば、エポキシ系樹脂等
の絶縁塗料の塗布、絶縁性を有する合成樹脂フィルムに
よる被膜が採用される。なお、この被覆材料としては、
その表面に接触する流体に対する耐食性も考慮して選定
するのが望ましい。

圧電振動子１は、支持体３とケーシング２のＯリング又
はガスケット等からなる液密シール部４の溝の内側部１
３で支持され、液はここでシールされる。従って、ポン
プ室９内はこの内側部１３の更に内側に限られる。圧電
振動子１もこの内側部１３もともに剛体であるので、完
全な液シールを実現するために、０リングもしくはガス
ケット等液密シール部４が必要とされる。

ところで、逆止弁６．７は通常、ケーシング２に取り付
けられるが、圧電振動子１に取り付けることもできる。

逆止弁としては、ポペット弁、ダック弁、傘型弁等を用
いることがでとるが、本発明においては、逆止弁の種類
の選択や取付方法は本発明の効果を有効に得るために、
ポンプ室９内容積が小さくなるもの、即ち、弁体の内容
積が小さいものを選択するのが好ましい０例えば、第１
図に示す如く、吐出逆止弁７のシート面７ａをできるだ
け薄くして、ボールフｂがポンプ室９側に接近して取り
付けられているものが好ましい。

［発明の効果］以上詳述した通り、本発明の振動子ポンプによれば、ポ
ンプの圧縮（吐出）時のポンプ内容積を殆ど零にするこ
とが可能となり、吸入側より入ってきたガスやポンプ内
で気化したガスが各工程毎にほぼ完全に排出される。こ
のためポンプ内に圧縮性ガスが滞留、蓄積することがな
く、よって、ポンプの吐出流量、吐出圧力等の吐出性能
の低下を防ぐことがで台る。

また、ポンプ内が空の状態で始動する際、停止時にポン
プや配管系内にある空気等のガスを排出する力が向上し
、吹上ヘッドも改善される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の振動子ポンプの一実施例を示す縦断面
図、第２図は圧電振動子の撓み形状を示す部分断面図、
第３図は従来の振動子ポンプを示す縦断面図である。１・・・圧電振動子、　　　２・・・ケーシング、３・
・・支持体、　　　　４・・・液密シール部、５・・・
吸入口、　　　　６・・・吸入側逆止弁、フ・・・吐出
側逆止弁、　８・・・吐出口、９・・・ポンプ室、　　
　１０−・・ケーシング内面。第１図代　　理　　人　　弁理士　　重　　野剛第２図（ａ）第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ポンプ室を区画するようにケーシングに薄板状の
圧電振動子が装着されており、該ポンプ室とケーシング
外とを連通する吐出側通路及び吸入側通路にそれぞれ吐
出側逆止弁及び吸入側逆止弁が設けられた振動子ポンプ
において、前記ケーシングの圧電振動子対向面の形状を
、ポンプ吐出時の圧電振動子の撓み形状に倣う形状とし
たことを特徴とする振動子ポンプ。