JPH05126036A - バイモルフ振動子共振型ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】バイモルフ振動子の振動により弾性板を共振さ
せて液体の圧送力を高くする。ポンプ構造を簡素化して
小型化および軽量化を図る。 【構成】中間振動板の両面に圧電部材を接合したバイモ
ルフ振動子の先端部に弾性板を取り付ける。弾性板の基
端から先端にわたって一端が吸入口に接続され、他端が
吐出口に接続された可撓性のチューブを取り付ける。弾
性板の固有振動数とほぼ一致する周波数の交番電圧を圧
電部材に印加してバイモルフ振動子を振動させることに
より弾性板を共振させ、弾性板の振動エネルギーを弾性
板の先端部に位置するチューブ内の液体に伝播して液体
を圧送する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば患者の身体に
血液または血液を含んだ液体を定量供給する医療用ポン
プとして使用するバイモルフ振動子共振型ポンプに関す
る。

【０００２】

【従来技術】従来、上記した用途に使用するポンプとし
ては、電動モータに連結されたローラーを、輸送用チュ
ーブ内にてその内面に摺接するように偏心回転させて揚
程を得るローラーポンプが知られている。

【０００３】また、バイモルフ振動子を使用したポンプ
としては、例えば特開昭５７−１３７６７１号公報に示
すように、バイモルフ振動子を一定の間隔を置いて複数
重ね、各空間の側面を、出入り口を有する壁面で密封す
ることにより形成される複数個の積み重なったセルと、
前記セルの一つ置きの夫々のセルの入り口を連結したパ
イプに取り付けた流体の吸入用逆止弁および出口を連結
したパイプに取り付けた流体の吐出用逆止弁と、バイモ
ルフ振動子を振動させるための交番電圧を印加する交番
電圧印加手段と、夫々のセルの収縮および膨脹に応じて
逆止弁を経て流体を吸入および吐出する流体給送手段と
からなるものが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たローラーポンプにあっては、ローラーの回転駆動源と
して電動モータを使用するため、装置自体が大型化する
問題を有している。

【０００５】また、このローラーポンプにあっては、チ
ューブ内にてローラーが内面を摺接しながら偏心回転す
るため、チューブの内周面が磨耗して損傷するとともに
流体中に磨耗して削り取られたチューブ材料が混ざる問
題を有している。

【０００６】また、上記したバイモルフ振動子ポンプに
あっては、吸入側および吐出側のパイプに逆止弁を夫々
設けなければならず、例えば血液または血液を含んだ液
体の輸送においては逆止弁の箇所で血液が凝固する問題
を有している。

【０００７】本発明は、上記した従来の欠点を解決する
ために発明されたものであり、その目的とするところ
は、逆止弁を設けることなく、バイモルフ振動子の振動
エネルギーを流体の圧送エネルギーへ効率的に変換して
所望の揚程で液体を圧送することができるとともに装置
自体を小型化することが可能なバイモルフ振動子共振型
ポンプを提供することにある。

【０００８】

【問題点を解決するための手段】このため本発明は、中
間振動板の上下面に圧電部材を接合したバイモルフ振動
部材と、導電性のベースに一端が固定されたバイモルフ
振動部材の他端に固定された弾性板と、前記弾性板上
に、その基端部から先端部にわたって取り付けられ、一
端が液体の吸い込み口に接続されるとともに他端が吐出
口に接続され、かつ少なくとも弾性板の先端から吐出側
に至る部分が可撓性を有したチューブとからなり、前記
弾性板の固有振動数に応じた周波数の交番電圧を圧電部
材に印加してバイモルフ振動部材の中間振動板を振動さ
せることにより弾性板を共振し、その振動エネルギーを
液体に伝播して圧送する構成からなることを特徴として
いる。

【０００９】

【発明の作用】本発明は上記のように構成されるため、
圧電部材に、弾性板の固有振動数とほぼ一致する周波数
の交番電圧を印加すると、該圧電部材の収縮に伴って中
間振動板を振動して弾性板を所望の振幅および所定の周
期で共振させる。

【００１０】共振する弾性板の振動エネルギーを、該弾
性板の先端部に位置するチューブ内の液体に伝播し、該
液体を所望の揚程で圧送させる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に従って説明
する。

【００１２】図１はバイモルフ振動子共振型ポンプの略
体斜視図である。

【００１３】図２は図１における矢示Ａ方向からの平面
図である。

【００１４】図３は弾性板先端部の拡大部分縦断面図で
ある。

【００１５】バイモルフ振動子共振型ポンプ１のケース
３に取り付けられた導電性のベース５にはバイモルフ振
動子７が取り付けられている。

【００１６】該バイモルフ振動子７は中間振動板９の上
下面に圧電部材としての圧電セラミック素子１１・１３
を接合した構造からなる。

【００１７】前記中間振動板９は黄銅、リン青銅、Ｆｅ
−Ｎｉ系合金、ＳＫ鋼あるいはステンレスなどの導電性
薄板で、四角形状に形成されている。

【００１８】また、前記圧電セラミック素子１１・１３
はＰＺＴ系圧電材料からなり、一方の側面が縮小したと
き、他方の側面が伸長するように分極方向が揃えられて
いる。

【００１９】すなわち、導電性薄板の中間振動板９に対
して夫々の圧電セラミック素子１１・１３の他方の電極
が電気的に共通接続されるとともに該中間振動板９が取
り付けられて電気的に接続されたベース５は接地されて
いる。そして夫々の圧電セラミック素子１１・１３の一
方の電極に交番電圧の一方を接続するとともにベース５
に交番電圧の他方を接続して夫々の圧電セラミック素子
１１・１３に交番電圧を印加すると、これら圧電セラミ
ック素子１１・１３が常に同一方向へ湾曲して中間振動
板９を振動させるようになっている。

【００２０】そして前記バイモルフ振動子７はその中間
振動板９の一方端部がベース５にねじ止めされている。

【００２１】前記バイモルフ振動子７における中間振動
板９の先端部には金属材料あるいは合成樹脂からなる弾
性板としての板ばね１５がねじ止めされている。

【００２２】該板ばね１５は基端部側が前記中間振動板
９に応じた四角形状で、先端部の幅が徐々に狭くなる台
形状に形成されている。

【００２３】前記板ばね１５の上面には一端がケース３
に取り付けられた吸入側口金１７に接続された可撓性を
有した吸入側チューブ１９が、板ばね１５の基端部から
先端部にわたって直線状となるように接着固定されてい
る。

【００２４】該吸入側チューブ１９は内径がａで、その
先端部には板ばね１５の先端部に接着固定されたジョイ
ント２１が接続されている。

【００２５】前記ジョイント２１は中空形状で、吸入側
内径がａ、吐出側内径側がｂ（ａ＞ｂ）からなり、吸入
側と吐出側との間には膨出空間部２１ａが形成され、該
膨出空間部２１ａの中間断面積は前記吸入側の断面積よ
りも大きくなるように設定されている。

【００２６】そして吸入側から流入した液体は膨出空間
部２１ａ内に一旦溜められることにより、板ばね１５先
端部における液体の質量が大きくなるように設定されて
いる。

【００２７】前記ジョイント２１の吐出側には可撓性を
有し、内径がｂの吐出側チューブ２３が接続され、該吐
出側チューブ２３の吐出側端部はケース３に取り付けら
れた吐出側口金２５に接続されている。

【００２８】なお、ケース３の体面にはゴム板などの振
動吸収部材２７が取り付けられ、バイモルフ振動子７の
振動を吸収して載置台（図示せず）に振動が伝わるのを
防止している。

【００２９】次に、上記のように構成されたバイモルフ
振動子共振型ポンプ１の作用を説明する。

【００３０】図４は弾性板の共振状態を示す説明図であ
る。

【００３１】吸入側口金１７に接続されたチューブ（図
示せず）を介して吸入側チューブ１９内に圧送しようと
する液体が供給されると、この液体はジョイント２１の
膨出空間部２１ａ内に溜り、板ばね１５の先端部の液体
の重量を重くすることになる。

【００３２】上記状態で板ばね１５の固有振動数とほぼ
一致する周波数の交番電圧が圧電セラミック素子１１・
１３に印加されると、圧電セラミック素子１１・１３の
伸縮に伴うバイモルフ振動子７の中間振動板９が振動し
て板ばね１５を、所望の振幅および所定の周期で共振さ
せる。

【００３３】該板ばね１５先端の振幅は圧電セラミック
素子１１・１３に印加される交番電圧の大小に応じて任
意に設定されるものである。

【００３４】前記板ばね１５の振動によりその先端が振
幅に応じた角度で往復揺動するため、板ばね１５の振動
にともなって発生する振動エネルギーが膨出空間部２１
ａ内に溜まった液体に伝播して吐出エネルギーとなる。

【００３５】このとき、板ばね１５の往復運動は前記バ
イモルフ振動子７における前記中間振動板９と板ばね１
５がねじ止めされている位置を振動の節として屈曲振動
するため、液体に伝播した吐出エネルギーは静止時の板
ばね１５に対して水平方向の運動量成分を含むことにな
る。

【００３６】そのため、膨出空間部２１ａ内の液体をこ
の吐出エネルギーに応じた所定の圧力で吐出側チューブ
２３内へ吐出させる。

【００３７】このとき、吸入側チューブ１９から供給さ
れた液体が膨出空間部２１ａ内に一旦溜められるため、
板ばね１５先端部の質量を大きくして板ばね１５による
振動エネルギーを大きくすることができ、液体の圧送力
を大きくすることができる。

【００３８】なお、バイモルフ振動子７に対する交番電
圧の印加が中断されたとき、液体に対して吐出エネルギ
ーの供給が中断されるため、液体の圧送が中断される。

【００３９】このように本実施例は、バイモルフ振動子
７の振動と一致して板ばね１５を共振させてその振動エ
ネルギーを液体に伝播して吐出エネルギーとし、この吐
出エネルギーにより所望の揚程となるように液体を圧送
することができる。

【００４０】また、バイモルフ振動子７の駆動を中断す
ることにより液体の圧送を中断する。

【００４１】さらに、逆止弁を使用すること無く、液体
を所望の揚程で圧送することができ、装置自体を簡素
化、小型化することができる。

【００４２】上記説明は板ばね１５の先端部にジョイン
ト２１を取り付け、板ばね１５の共振に伴う振動エネル
ギーを大きくする構成としたが、本発明にあってはジョ
イント２１は必須の構成ではなく、これにより本発明の
要旨が限定されるものではない。

【００４３】また、本発明は弾性板に内径がほぼ等しい
チューブをその基端部から先端部にわたって固着しても
チューブ内の液体を圧送可能であるが、圧送能力を高め
るためには、弾性板の先端から吐出側の内径を他の部分
より小径にすることが望ましい。また、本発明は患者の
身体に血液または血液を含んだ液体を供給する際のポン
プとして使用する用途に限定されるものではなく、他の
用途のポンプとしても使用できる。

【００４４】

【発明の効果】このため本発明は、逆止弁を設けること
なく、バイモルフ振動子の振動エネルギーを流体の圧送
エネルギーへ効率的に変換して所望の揚程で液体を圧送
することができるとともに装置自体を小型化することが
可能なバイモルフ振動子共振型ポンプを提供することが
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】バイモルフ振動子共振型ポンプの略体斜視図で
ある。

【図２】図１における矢示Ａ方向からの平面図である。

【図３】弾性板先端部の拡大部分縦断面図である。

【図４】弾性板の共振状態を示す説明図である。 １：バイモルフ振動子共振型ポンプ ５：ベース ７：バイモルフ振動子 ９：中間振動板 １１：圧電部材としての圧電セラミック素子 １３：圧電部材としての圧電セラミック素子 １５：弾性板としての板ばね １９：吸入側チューブ ２３：吐出側チューブ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中間振動板の上下面に圧電部材を接合した
   バイモルフ振動部材と、ベースに一端が固定されたバイ
   モルフ振動部材の他端に固定された弾性板と、前記弾性
   板上に、その基端部から先端部にわたって取り付けら
   れ、一端が液体の吸い込み口に接続されるとともに他端
   が吐出口に接続され、かつ少なくとも弾性板の先端から
   吐出側に至る部分が可撓性を有したチューブとからな
   り、前記弾性板の固有振動数に応じた周波数の交番電圧
   を圧電部材に印加してバイモルフ振動部材の中間振動板
   を振動させて弾性板を共振し、その振動エネルギーを液
   体に伝播して圧送することを特徴とするバイモルフ振動
   子共振型ポンプ。