JPH0472479A

JPH0472479A - 圧電振動子ポンプ用逆止弁

Info

Publication number: JPH0472479A
Application number: JP2191429A
Authority: JP
Inventors: Susumu Aikawa; 進相川; Eiji Tawara; 田原　暎二
Original assignee: Mitsubishi Kasei Corp
Current assignee: Mitsubishi Kasei Corp
Priority date: 1990-05-30
Filing date: 1990-07-19
Publication date: 1992-03-06

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］本発明は圧電振動子ポンプ用逆止弁に係り、詳しくは化
学、医療、家庭用等の分野において、比較的小流量の流
体を移送するための圧電振動子を利用したポンプに用い
る逆止弁に関する。

［従来の技術］従来、小流量の流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、羽根車ヤピストン又はプラ
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
て圧電振動子に交番電圧を印加し、該圧電振動子を振動
させることにより、吸込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流体移送ポンプ
が提案されている（特開昭５９−４１８８４号、特開昭
ｆｉｌ−１７１８９１号等）。

そして、このような圧電振動子を利用したポンプの逆止
弁としては、例えば実開昭６０−１５７９９０号に開示
される傘形弁が提案されている。第３図は、実開昭６０
−１５７９９０号に開示される傘形弁を示す断面図であ
る。

第３図において、７は傘形弁、８は弁孔、９は隔壁、１
０及び１１は隔室である。いま、隔室１０．１１の圧力
をそれぞれＰ３、Ｐ４とすると傘形弁７は弾性体ででき
ていることから、隔室１０．１１の圧力が等しいとき（
Ｐ：＋　　Ｐ４＝０のとき）、傘形弁７の弾性力により
傘形弁７は隔壁９に圧密者されて閉となっている（第３
図（ａ））。即ち、傘形弁は閉方向に付勢されている。

隔室１０の圧力が隔室１１の圧力より大きいとき（Ｐ　
ｓ　＞　Ｐ　４のとキ）、傘形弁７は流体より力を受け
るが、流体による力が傘形弁７の弾性力より大きくなる
までは、傘形弁７は開とならず、傘形弁口体が弾性変形
を起こすことにより閉状態をとる。そして、傘形弁フは
、第３図（ｂ）に示すように隔室１１側に膨らんでしま
う。即ち、隔室１！の容積は減少し、隔室１０の容積は
増加してしまうことになる。流体による力は隔室１０．
１１の差圧（Ｐ３　Ｐ４）に比例するため、これにより
更に差圧（Ｐ３−Ｐ４　）が大きくなって、流体による
力が傘形弁７の弾性力より大きくなったときに初めて傘
形弁７は開となり流体が流れる。この弁が開となるとか
の差圧を開弁圧といい、傘形弁の場合、開弁圧は通常１
０〜２００ｍｍＡｑ程度である。

一方、隔室１０の圧力が隔室１１の圧力より小さいとき
（Ｐ３＞Ｐ４のとき）は、第３図（ｅ）に示す如く、傘
形弁７が弾性変形を起こして隔壁９に押し付けられ弁孔
８にめり込んでしまう。即ち、隔室１１の容積は増加し
、隔室１０の容積は減少してしまうことになる。

［発明が解決しようとする課題］上記の如く、従来の傘形弁７を吸込側逆止弁及び吐出側
逆止弁として使用した圧電振動子ポンプにおいては、吸
込工程及び吐出工程において、第３図（ｂ）、（Ｃ）に
示すような隔室の容積変化が発生するため、ポンプの容
積効率（実際の吐出量／理論吐出量）が低下し、ポンプ
性能を著しく低下させるという欠点がある。

また、従来の傘形弁では差圧が開弁圧以上にならないと
弁は開かないため、応答遅れが発生し、これによっても
ポンプ性能が低下する。この応答遅れは圧電振動子の大
きな特徴である高速応答性を阻害するものであることか
ら、その改善が望まれている。

本発明は上記従来の問題点を解決し、ポンプ性能を大幅
に向上させることができる圧電振動子ポンプ用逆止弁を
提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］請求項（１）の圧電振動子ポンプ用逆止弁は、圧電振動
子に交番電圧を印加することにより発生する振動を駆動
源とする圧電振動子ポンプに用いられる逆止弁において
、流体流通用の弁孔付包の弁座を有する弁箱と、支持腕
により弁箱に支持された弁体であって、前記弁孔周縁の
弁シート面に密着して弁孔を閉止した姿勢及び該弁シー
ト面から離反して弁孔を開放した姿勢をとりうる弁体と
を備えており、該支持腕は弾性材料よりなり、該弁体が
弁孔を閉止した姿勢においてほぼ非変形中立状態にある
ことを特徴とする請求項（２）の圧電振動子ポンプ用逆止弁は、請求項（
１）の逆止弁において、弁座の弁シート面にシール用ガ
スケットが設けられていることを特徴とする請求項（３）の圧電振動子ポンプ用逆止弁は、請求項（
１）又は（２）の逆止弁において、弁体の弁孔閉止面に
シール材が設けられていることを特徴とする請求項（４）の圧電振動子ポンプ用逆止弁は、請求項（
１）ないしく３）の逆止弁において、弁体は弁孔閉止面
側に、その一部が弁孔に嵌合する凸部を有することを特
徴とする請求項（５）の圧電振動子ポンプ用逆止弁は、請求項（
１）ないしく４）の逆止弁において、弁シート面に弁孔
を周回するように１条又は複数条の突条を周設したこと
を特徴とする請求項（６）の圧電振動子ポンプ用逆止弁は、請求項（１
）ないしく４）の逆止弁において、弁体の弁孔閉止面の
うち、弁シート面に当接する部分に、弁孔を周回するよ
うに１条又は複数条の突条を周設したことを特徴とする請求項（７）の圧電振動子ポンプ用逆止弁は、請求項（
１）ないしく６）の逆止弁において、前記支持腕は弁座
に対し溶着又は接着されていることを特徴とする請求項（８）の圧電振動子ポンプ用逆止弁は、請求項（
１）ないしく６）の逆止弁において、前記支持腕には弁
箱の内周面に沿って配置される弁体位置決め用の枠部が
設けられていることを特徴とする請求項（９）の圧電振動子ポンプ用逆止弁は、請求項（
８）の逆止弁において、前記枠部が弁座に対し溶着又は
接着されていることを特徴とする。

なお、本発明の圧電振動子ポンプ用逆止弁において、弁
座と弁箱とは一体であっても、別体であっても良い。

本発明の圧電振動子ポンプ用逆止弁は吸込側逆止弁及び
吐出側逆止弁のいずれにも適用可能であることは言うま
でもない。

［作用］本発明の圧電振動子ポンプ用逆止弁にあフては、圧電振
動子ポンプの弁座の流体流通用弁孔を閉止する弁体自体
は、弁座の上流側と下流側とで圧力差が生じても、殆ど
変形することはなく、このため、弁座よりも上流側の隔
室と下流側の隔室の容積変化は殆ど生じない。従って、
圧電振動子ポンプの容積効率が向上し、ポンプ性能が飛
躍的に向上する。

また、このような弁体を支持する支持腕は、弾性材料よ
りなり、該弁体が弁孔を閉止した姿勢においてほぼ非変
形中立状態にある。即ち、逆止弁の開弁圧はほぼゼロで
あるため、開弁圧に起因する逆止弁の応答遅れが解消さ
れ圧電振動子ポンプの大きな特徴である高速応答性を損
なうことがなくなり、ポンプ性能が向上される。

また、弁体はその厚さを非常に薄いものとすることがで
きるため、ポンプ本体の薄型化が可能となり、コンパク
ト化、コストダウンが図れる。

更に、ポンプの休止中、即ち、弁体が弁孔を閉止した姿
勢においては、支持腕はほぼ非変形中立状態にあり、ま
た、弁体自体にも支持腕による付勢力等が加えられてお
らず、弁体及び支持腕には外力が働かない、この結果、
弁体及び支持腕の外力によるへたりがなく、これらの寿
命は大幅に延長される。

請求項（２）ないしく６）の圧電振動子ポンプ用逆止弁
によれば、弁シート面と弁体との密着性が向上し、良好
なシール性能が得られる。

請求項（７）の圧電振動子ポンプ用逆止弁によれば、逆
止弁の組立作業時の弁体の位置ずれや、取り扱い時の弁
体や支持腕の破損等が防止され、歩留りが向上する。

即ち、請求項（７）の構成とすることにより、予め弁体
と弁座とを位置合せすることが可能となり、組立時の位
置ずれが防止され、歩留りが向上する。また、比較的厚
い弁座に弁体及び支持腕が固定されることから、ハンド
リング時、運搬時等にも折れ、曲がり等が発生しなくな
り、歩留りが向上する。

請求項（８）の圧電振動子ポンプ用逆止弁によれば、弁
体と弁座の弁孔との位置決めが容易に行なえるようにな
る。

請求項（９）の圧電振動子ポンプ用逆止弁によれば、更
に、請求項（７）と同様に、組立作業時の弁体の位置ず
れや、取り扱い時の弁体や支持腕の破損等が防止され、
歩留りが向上する。

［実施例］以下に図面を参照して本発明の実施例について説明する
。

第１図は本発明の圧電振動子ポンプ用逆止弁の一実施例
を示す図であって、第１図（ａ）は閉弁状態を示す断面
図、第１図（ｂ）は同平面図、第１図（Ｃ）は開弁状態
を示す断面図である。

第１図において、ｌは弁体、２は弁体を支持する支持腕
、３は弁座、４は弁孔、５及び６はそれぞれ弁座で隔離
された隔室、２０は弁箱内壁面である。

支持腕２の一端は弁箱の内壁２０に挿入されて固定支持
されており、他端に弁体１が設けられている。即ち、弁
体１及び支持腕２は一端固定の片持ちばっとして動作す
る。

本実施例において、弁体１及び支持腕２は厚さ０．１ｍ
ｍのばね用りん青銅製の一体物であり、弁体１は直径３
ｍｍの円形状、支持腕２は幅０．５ｍｍの帯状となるよ
うに、エツチングにより製作されたものである。弁座３
の弁孔４の孔径は、弁体１の直径よりも小さく設定され
、本実施例では弁孔４の直径は２ｍｍとした。

いま、隔室５．６の圧力をそれぞれＰＩ、Ｆ２とすると
、隔室５の圧力が隔室６の圧力と等しいとき、即ちＰＩ
　＝Ｐ２のとき、弁体１及び支持腕２には、流体による
外力が働いていないが、弁体１は弁座３の弁孔４周縁の
弁シート面３Ａに密着して弁孔４を閉止した姿勢をとり
、弁は閉状態にある（第１図（ａ））。

隔室５の圧力が隔室６の圧力よりも大きいとき、即ちＰ
　Ｉ＞　Ｐ　２のとき、弁体１及び支持腕２は流体によ
り力を受けて、弁座３から離反する方向にたわみ、弁は
開状態となって、流体は弁孔４及び弁座３と弁体１との
すき間Ｈを通って隔室５から隔室６へ流れる（第１図（
Ｃ））。

このときのすき間Ｈは、ｗ１″　　　　・・・・・・・・・　■Ｈ＝３　Ｅ　Ｉで表される。ここでＷは弁体１が流体から受ける力、ρ
は弁体１の中心から支持腕２の支持部までの長さ、即ち
はりの長さ、Ｅは支持腕２の縦弾性係数、■は支持腕２
の断面二次モーメントである。

流体から受ける力Ｗは隔室５と６の差圧（ＰＩ　　Ｆ２
）に比例する量であるから、０式を書き直すと、Ｈ＝Ｃ（ＰＩ　−Ｆ２　）　　　　・・・・・・・・・
　■となる。ここでＣは比例定数である。即ち、すき間
Ｈは差圧（Ｐ＋　　Ｆ２）の−次間数となる。

よって、ＰＩ　　Ｆ２＞Ｏのとぎは、すき間Ｈ＞０即ち
弁は開状態となるため、本道止弁の開弁圧は０であり、
応答遅れは生じない。また、弁体１の材質が金属又はプ
ラスチック等の板体であるため、弁体の弾性変形による
隔室の容積変化も殆ど無視できる。

一方、隔室５の圧力が隔室６の圧力よりも小さいとき、
即ち、ＰＩ＞Ｆ２のとき、弁体１及び支持腕２は流体に
より力を受けて弁座３に押しつけられるため、弁は閉状
態となり、流体の隔室６から隔室５への流出は完全に防
止される（第１図（ａ））、また、このときの弁体１の
俳性変形も非常に小さく隔室の容積変化は殆ど無視でき
る。

第２図は、このように優れた特性を有する上記実施例の
逆止弁を使用した圧電振動子ポンプの圧力−流量特性を
示すグラフである。第２図にはまた比較のため第３図に
示す従来の傘形弁を使用した圧電振動子ポンプの特性を
示しである。第２図から、本発明の逆止弁を用いること
により、ポンプ性能が飛躍的に向上することが明らかで
ある。

第４図〜第１１図は本発明の他の実施例を示す断面図で
あって、第１図に示す逆止弁と同一機能を奏する部材に
は同一符号を付しである。

第４図及び第５図は請求項（１）の圧電振動子ポンプ用
逆止弁を示し、シール用ガスケット１２を弁座３の弁孔
４周縁部の弁シート面３Ａに突設又は埋設したものであ
る。

第６図は請求項（３）の圧電振動子ポンプ用逆止弁を示
し、弁体ｌの弁孔閉止面にシール材１３を積層したもの
である。

第７図、第８図は請求項（４）の圧電振動子ポンプ用逆
止弁を示し、弁体１の弁孔閉止面側には、その一部が弁
孔４に嵌入する突出部ＩＡ。

ＩＢが形成されており、弁孔４の周縁のエツジ部４Ａと
弁体１とは線接触とされている。

第９図は請求項（５）の圧電振動子ポンプ用逆止弁を示
し、弁座３の弁孔４の周縁の弁シート面３Ａに環状の突
条１４が周設され、弁体１との接触部はこの突条１４の
頂部との線接触とされている。

第１０図、第１１図は請求項（６）の圧電振動子ポンプ
用逆止弁を示し、弁体１の弁孔閉止面のうち、弁孔４の
周囲の弁シート面３Ａに当接する部分に環状の突条１５
が１条（第１０図）又は複数条（第１１図においては３
条）周設され、弁体１と弁座３との接触部はこの突条１
５の頂部との線接触とされている。

第４図〜第１１図に示す圧電振動子ポンプ用逆止弁によ
れば、弁体によるシール性能がより一層向上される。

第１２図は、請求項（））の圧電振動子ポンプ用逆止弁
の弁体、支持腕及び弁座を示す平面図であり、弁体１を
支持する支持腕２は、点Ａにおいて、弁座３に溶着又は
接着されている。このような逆止弁によれば、組立作業
時の弁体の位置ずれが防止され、また、取り扱い時の弁
体や支持腕の破損等の不具合が防止される。

第１３図〜第１５図は請求項（８）の圧電振動子ポンプ
用逆止弁を示す図であって、第１３図は断面図、第１４
図は弁体、支持腕及び枠部の平面図、第１５図は弁座の
平面図である。なお、第１３〜１５図に示す逆止弁は、
弁座３と弁箱２１とが別体とされているものである。

図示の如く、本実施例の逆止弁は、支持腕２には弁箱２
１の内周面２０に沿って配置されるリング形状の弁体位
置決め用の枠部３０が設けられている。この枠部３０は
弁座の外径寸法とほぼ等しい外径寸法を有し、弁孔４、
弁座３、弁体１及び枠部３０はすべて同心的に設けられ
ている。具体的な寸法としては、第１３図〜第１５図に
示す各部の寸法が下記のようなものが例示される。

ａ＝３ｍｍｂ＝１０ｍｍｃ＝１２ｍｍｄ＝０．５ｍｍｅ＝１２ｍｍｆ＝２ｍｍｔ＋　＝０．１ｍｍｔ２　＝０．５ｍｍこのような逆止弁によれば、弁体の位置決め用の枠部３
０と弁座３の外径寸法が等しいので、弁体１と弁孔４の
位置決めがより一層容易に行なえる。

第１６図は、請求項（９）の圧電振動子ポンプ用逆止弁
の弁体、支持腕、枠部及び弁座を示す平面図であり、一
端に弁体１を支持する支持腕２の他端と連設された枠部
３０は、２箇所の点Ａにおいて、弁座３に溶着又は接着
されている。このような逆止弁によれば、組立作業時の
弁体の位置ずれやソリが防止され、また、取り扱い時の
弁体や支持腕の破損等の不具合が、より一層確実に防止
される。

なお、本発明において、弁体及び支持腕の材質には特に
制限はなく、これらは一体物であっても別体であっても
良く、また同材質であっても異材質であっても良い。弁
体及び支持腕の材質としては、前述のばね用りん青銅の
他、ばね用ステンレス鋼等のばね用金属材料又は弾性を
有するプラスチック材料等が使用可能であり、製作法と
しては、エツチングの他、プレス加工、レーザー加工、
放電加工等がある。弁座への支持腕又は枠部の溶着又は
接着方法としては特に制限はないが、このうち溶着方法
としては、金属の溶着にはスポット溶接による溶着が、
樹脂の溶着には超音波溶着が好ましい。

また、弁体や支持腕、その他の構成においても、本発明
の要旨を超えない限り、図示のもの以外の他の構成、形
状、寸法等を採用することが可能である。

［発明の効果コ以上詳述した通り、本発明の圧電振動子ポンプ用逆止弁
によれば、圧電振動子ポンプの容積効率を高めると共に
、逆止弁の応答遅れを防止し、高速応答性に優れ、ポン
プ性能に優れた圧電振動子ポンプが提供される。

しかも、本発明の圧電振動子ポンプによれば、ポンプの
薄型化、コンパクト化が可能となり、製品コストの低廉
化が図れる。更に、ポンプ休止中に弁体や支持腕には応
力が作用しないため、これらのへたつが防止され、長寿
命となる効果も得られる。

特に、請求項（２）ないしく６）の圧電振動子ポンプ用
逆止弁によれば、弁体のシール性能が向上し、極めて優
れた効果が奥される。

請求項（７）及び（９）の圧電振動子ポンプ用逆止弁に
よれば、逆止弁組立作業時の弁体の位置ずれや、取り扱
い時の弁体や支持腕の変形ないし破損が防止され、歩留
りが向上する。

請求項（８）及び（９）の圧電振動子ポンプ用逆止弁に
よれば、弁体と弁座の弁孔との位置決めがより一層容易
に行なえるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図であって、第１図（
ａ）は閉弁状態を示す断面図、第１図（ｂ）は同平面図
、第１図（Ｃ）は開弁状態を示す断面図である。第２図
は圧電振動子ポンプの圧力−流量特性を示すグラフ、第
３図は従来の逆止弁を示す断面図、第４図、第５図、第
６図、第７図、第８図、第９図、第１０図及び第１１図
は本発明の圧電振動子ポンプ用逆止弁の他の実施例を示
す断面図である。第１２図は本発明の圧電振動子ポンプ
用逆止弁の異なる実施例を示す要部平面図、第１３図な
いし第１５図は本発明の圧電振動子ボン１ブ用逆止弁の
更に別の実施例を示す図であって、第１３図は断面図、
第１４図及び第１５図は要部平面図である。第１６図は
別の実施例を示す要部平面図である。１・・・弁体、　　　　　　２・・・支持腕、３・・・
弁座、５．６・・・隔室、８・・・弁孔、１０．１１・・・隔室、

Claims

【特許請求の範囲】

（１）圧電振動子に交番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圧電振動子ポンプに用いられる
逆止弁において、流体流通用の弁孔付きの弁座を有する弁箱と、支持腕に
より弁箱に支持された弁体であって、前記弁孔周縁の弁
シート面に密着して弁孔を閉止した姿勢及び該弁シート
面から離反して弁孔を開放した姿勢をとりうる弁体とを
備えており、該支持腕は弾性材料よりなり、該弁体が弁
孔を閉止した姿勢においてほぼ非変形中立状態にあるこ
とを特徴とする圧電振動子ポンプ用逆止弁。
（２）弁座の弁シート面にシール用ガスケットが設けら
れていることを特徴とする請求項（１）の圧電振動子ポ
ンプ用逆止弁。
（３）弁体の弁孔閉止面にシール材が設けられているこ
とを特徴とする請求項（１）又は（２）の圧電振動子ポ
ンプ用逆止弁。
（４）弁体は弁孔閉止面側に、その一部が弁孔に嵌合す
る凸部を有することを特徴とする請求項（１）ないし（
３）のいずれか１項に記載の圧電振動子ポンプ用逆止弁
。
（５）弁シート面に弁孔を周回するように１条又は複数
条の突条を周設したことを特徴とする請求項（１）ない
し（４）のいずれか１項に記載の圧電振動子ポンプ用逆
止弁。
（６）弁体の弁孔閉止面のうち、弁シート面に当接する
部分に、弁孔を周回するように１条又は複数条の突条を
周設したことを特徴とする請求項（１）ないし（４）の
いずれか１項に記載の圧電振動子ポンプ用逆止弁。
（７）前記支持腕は弁座に対し溶着又は接着されている
ことを特徴とする請求項（１）ないし（６）のいずれか
１項に記載の圧電振動子ポンプ用逆止弁。
（８）前記支持腕には弁箱の内周面に沿って配置される
弁体位置決め用の枠部が設けられていることを特徴とす
る請求項（１）ないし（６）のいずれか１項に記載の圧
電振動子ポンプ用逆止弁。
（９）前記枠部が弁座に対し溶着又は接着されているこ
とを特徴とする請求項（８）に記載の圧電振動子ポンプ
用逆止弁。