JPH0360384A

JPH0360384A - マイクロポンプ

Info

Publication number: JPH0360384A
Application number: JP1197234A
Authority: JP
Inventors: Masaki Yamaguchi; 昌樹山口
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1989-07-28
Filing date: 1989-07-28
Publication date: 1991-03-15

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、ポンプに関し、特に微少量送りが可能なマイ
クロポンプに関するものである。

［従来技術］従来、圧電アクチユエータを用いたポンプはダイレクト
駆動が可能であり、駆動力変換機構が不必要であるとい
う利点から様々なポンプが提案されている。

しかし、圧電アクチュエータは単体では単位電圧当たり
３００　［ｐｍ／Ｖ］と変位量が非常に小さいため、何
らかの変位量の拡大機構を必要としている。そこで、変
位量の大きいバイモルフ圧電体、積層圧電体及びてこの
原理を応用した拡大機構を用いたポンプが考案されてい
る。その−従来例として、特開昭６２−２７６２７６号
公報の圧電ポンプの実施例を第５図及び第６図に示す。

圧電アクチュエータ１は変位伝達部材３及び４を介しレ
バー５及び６に一体化して接続され、該レバー５及び６
はヒンジ８及び９を介し固定部材７に一体化して接続さ
れ、前記圧電アクチュエータ素子１の伸縮変位量をてこ
の原理で増幅するものである。ここに、１０及び１１は
別の変位伝達部材、１２はポンプ本体、１３は弁、工４
はノズルである。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、前記従来ポンプにおいて、てこの原理を
用いた方法では、変位拡大率を大きくするほど、その拡
大機構が複雑になるとともに、駆動推力が小さくなって
しまうという欠点があった。

また、上述のポンプでは被駆動物体の逆流を防止するた
めに逆止弁が不可欠であった。

拡大機構及び逆止弁は、準静力学的な運動であり、駆動
信号の周波数は構成各部の共振周波数以下（前記従来技
術例では３００Ｈｚ）に制限されるために、高速応答が
困難であった。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
のであり、特別な振幅拡大機構を必要とせずに、かつ大
出力化が可能な振動子を用いたポンプを得る事をその目
的としている。

さらに、逆止弁の不必要なポンプを得る事、及び数十ｋ
Ｈｚの駆動信号が使用可能な高速応答ポンプを得る事を
も目的としている。

〔課題を解決するための手段］この目的を達成するために本発明のマイクロポンプは、
略楕円振動が励振され、共振状態で振動する振動子と、
該振動子の振動により内容積を変化可能なポンプ室とを
具備するという構成をとっている。

また、前記振動子は、少なくとも２ケ所の駆動部を有し
、該駆動部において前記略楕円振動の位相が互いに逆相
となるよう励振されるという構成をとっている。

［作用］上記の構成を有する本発明のマイクロポンプは、振動子
がその形状寸法等の調節により共振状態で励振されてい
るので、非共振状態に比べ数百倍の大振幅の略楕円振動
を行う事ができる。

そして、該略楕円振動によってポンプ室内の被駆動体は
直接推力を受は送り出される。

このとき、前記振動子に形成された２ケ所以上の駆動部
が交互にポンプ動作を行うので、被駆動体は逆流する事
なく次々と送り出され逆止弁がいらない。さらに、前記
ポンプ室に高弾性材料より構成された細管を用いると、
吐出量の微調節ができる。

また、例えば振動子弾性体としてＡｄ、ブロンズ等の金
属を用いれば共振周波数、つまり動作周波数を数十ｋＨ
ｚ以上にすることは容易に実現できる。

［実施例コ以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説
明する。

本発明のマイクロポンプに用いる振動子は例えば特願平
１−４６８６６号の明細書及び図面に見られる超音波振
動子を用いる。

第１図及び第２図は、本実施例の超音波振動子を示した
ものである。本実施例の超音波振動子１６は、矩形平板
形状を有する弾性体２１の上面に、該弾性体２１に曲げ
振動を励振するための第１圧電体２２が着設されている
。該弾性体２１において、前記着設面と略直交する側面
には、該弾性体２１に縦振動を励振するための第２圧電
体２３ａ及び２３ｂが着設されている。

前記弾性体２１の長手方向中心は、該弾性体２１を固定
するための固定ボルト２４ａ及び２４ｂにより固定され
ている。該固定ボルト２４ａ及び２４ｂの他の一端は、
基台２５ａ及び２５ｂに固定されている。

前第−圧電体２２の上面には、電極２６が着設されてい
る。また前記第２圧電体２３ａ及び２３ｂの上面には電
極２７ａ及び２７ｂが着設されている。また前記弾性体
２１自身は、アース電極を兼ねており、該弾性体は前記
固定ボルト２４ａ及び２４ｂを介して基台２５ａ及び２
５ｂに接地されている。

更に該弾性体２１は、その厚さ方向に所定の周波数ｆに
おいて両端自由端２次モードで曲げ振動し、且つ同一の
周波数ｆにより長さ方向に両端自由端１次モードで縦振
動するように形状寸法を調節されている。

一般に、弾性体中を伝播する縦振動の共振周波数は、該
弾性体の長さに依存する。また弾性体の厚さ方向の曲げ
振動の共振周波数は、前記長さ及び厚さに依存する。従
って、前述のような弾性体２１を設計する事は容易であ
るので、その詳細は省く。

以上のように構成された超音波振動子１６の作用を以下
に説明する。

まず、第１圧電体２２に前記所定周波数ｆの交流電圧を
印加して振動させると、前記弾性体２１は曲げ振動２次
モードで共振振動する。

次に第２圧電体２３ａ及び２３ｂに前記周波数ｆの交流
電圧を印加して振動させると、前記弾性体２１は縦振動
１次モードで共振振動する。つまり前記固定ボルト２４
ａ及び２４ｂで固定される位置は各定在波の節となって
いる。

このとき、前記第１圧電体２２と第２圧電体２３ａ及び
２３ｂに印加する電圧の振幅及び位相を調節すると、前
記弾性体２１には任意の形状の略楕円振動を発生する事
が可能となる。

上述の超音波振動子を好適に利用したマイクロポンプの
動作を第３図に基づき説明する。第３図において第１図
及び第２図と同じ符号の付された各部材は、前記詳述し
た各構成部材と同一である事を意味している。

マイクロポンプ３１は、高弾性体であるゴムの細管３２
に前記超音波振動子１６が当接されており、該超音波振
動子１１の弾性体２１において両端部の同一面上に駆動
部３３ａ及び３３ｂが形成されている。この２つの駆動
部３３ａと３３　ｂ　ｌ：おいては前記略楕円振動の位
相はちょうど逆相となっている。

上述のように構成されたマイクロポンプ３１においては
、前記超音波振動子１６の圧電体２２及び２３に所定周
波数ｆの交流電圧を印加すると、該超音波振動子１６は
大振幅の略楕円振動が励振され、その振幅は数μｍ〜数
十μｍ程度になる。

該楕円振動により前記駆動部３２ａは第３図（ａ）に示
すように前記細管３２を押しつぶす如く動作する。その
圧縮力により、該細管３２中の流体３４は同図中矢印Ｃ
の方向に駆動力を受ける。前記駆動部３２ａが細管３２
からはなれると、振動位相が逆相の駆動部３２ｂは同図
（ｂ）のように細管３２を圧縮する。このように、前記
流体３４は駆動部３２ａ及び３２ｂにより略連続して駆
動力を受けるので、逆流する事なく吐出される。よって
、逆止弁を用いずとも、ポンプ動作が可能となる。

尚、上記実施例では定在波を励振する振動子を例にとり
説明したが、これに限定されるものではなく、進行波を
励振する振動子など種々の振動子を用いる事が可能であ
る。

また、上記実施例では振動子の振動周波数を超音波領域
としたが、これに限定されるものではなく、数Ｈｚ〜数
百Ｈｚ程度の低周波を用いる事も可能である。

更に、超音波振動子の弾性体及び圧電体を矩形平板とす
る例について説明したが、円板状９円環状１円筒状、棒
状、方形状等種々の形状をとる事が可能である。

上述したマイクロポンプ３１を好適に利用したピペット
４１の構成について第４図に基づき説明する。

同図において、第１図乃至第３図と同じ符号の付された
各部材は、前記詳述した各構成部材と同一である事を意
味している。

ピペット４１は、ヨーク４２中に流体３４をためるため
のタンク４３が形成され、該タンク４３とマイクロポン
プ３１を接続するための第１の流路４４が配置されてい
る。更に、該マイクロポンプ３１の吐出方向には、第２
の流路４５が配置されている。一方、該マイクロポンプ
３１を駆動するために、バッテリ４６と制御回路４７が
接続されている。該バッテリ４６は、ベーパーバッテリ
を用いる事により、非常に小型化されている。また、４
８は前記タンク４３の蓋である。

以上のような構成のピペット４１では、マイクロポンプ
３１０１回の吐出量が非常に少量のため、正確な吐出量
制御が可能である。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が
可能である。

［発明の効果コ以上詳述したことから明らかなように、本発明によれば
、振動子を用いたポンプにおいて、特別な振幅拡大機構
を必要とせずに、かつ大出力化が可能なポンプを得る事
ができる。さらに、逆止弁の不必要なポンプを得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、第１図は、本発明に用いる超音波振動子の上
面を示す上面図、第２図は上記超音波振動子の側面を示
す側面図、第３図は本発明を適用するマイクロポンプの
動作を示す概略図、第４図は本発明を適用するピペット
の断面図、第５図は従来の圧電ポンプの概略図、第６図
は従来の圧電ポンプの概略図である。図中、１６は超音波振動子、３１はマイクロポンプ、３
２は細管、３３は駆動部である。

Claims

【特許請求の範囲】１、略楕円振動が励振され、共振状態で振動する振動子
と、該振動子の振動により内容積を変化可能なポンプ室とを
具備した事を特徴とするマイクロポンプ。２、請求項１記載のマイクロポンプにおいて、前記振動
子は少なくとも２ケ所の駆動部を有し、該駆動部におい
て前記略楕円振動の位相が互いに逆相になるよう励振さ
れる事を特徴とするマイクロポンプ。３、請求項１或いは２記載のマイクロポンプにおいて、前記ポンプ室として高弾性材料により構成された細管を
用いる事を特徴とするマイクロポンプ。