JPH10213073A - Piezoelectric pump - Google Patents

Piezoelectric pump

Info

Publication number
JPH10213073A
JPH10213073A JP1648897A JP1648897A JPH10213073A JP H10213073 A JPH10213073 A JP H10213073A JP 1648897 A JP1648897 A JP 1648897A JP 1648897 A JP1648897 A JP 1648897A JP H10213073 A JPH10213073 A JP H10213073A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pump
piezoelectric
casing
piezoelectric body
discharge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP1648897A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tetsuhiko Nishimura
哲彦 西村
Tomonobu Tomita
知伸 冨田
Hitoshi Aihara
仁志 相原
Katsuhiro Mizuno
勝弘 水野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kasei Optonix Ltd
Original Assignee
Kasei Optonix Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kasei Optonix Ltd filed Critical Kasei Optonix Ltd
Priority to JP1648897A priority Critical patent/JPH10213073A/en
Publication of JPH10213073A publication Critical patent/JPH10213073A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve durability without reducing secular pump performance by forming at least a part of a casing of a piezoelectric pump out of a resin material having specified flexural rigidity and a temperature change ratio, and specifying a piezoelectric strain constant in the horizontal direction having a specified permittivity in a piezoelectric body. SOLUTION: When AC power is applied between electric poles 13a, 13b of a piezoelectric body 15 so as to vibrate the piezoelectric body 15, the inside of a pump chamber 16 becomes negative pressure, and thereby, a carries fluid is absorbed through a suction side check valve 9a. When the inside of a pump chamber 16 becomes positive pressure, a delivery side check valve 9b is opened so as to deliver the carried fluid. A pump actuator unit 3 for composing a casing of a piezoelectric pump, a pump sucking and delivering unit 1, and a pump valve seat unit 2 are formed of a thermoplastic resin and the like. In a range in which a flexural rigidity ratio is set to 1GPA or more at a normal temperature and temperature change is set to 20 deg.C to 50 deg.C, it is formed of a resin having the change ratio of the flexural rigidity ratio of 15% and less.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は圧電体の振動を駆動
源とする圧電ポンプに関し、特に、常温より高い温度、
例えば、40〜50℃での駆動性能を改良した圧電ポン
プに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric pump driven by vibration of a piezoelectric body, and more particularly to a piezoelectric pump having a temperature higher than room temperature.
For example, the present invention relates to a piezoelectric pump having improved driving performance at 40 to 50 ° C.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の従来の技術には、例えば、実開
昭64−15789号記載の圧電ポンプ等がある。従来の圧電
ポンプにおいて用いられるケーシングの材質としては、
ポリプロピレン(PP)やポリアセタール(POM)等
の樹脂が使用されてきた。かかる圧電ポンプはケーシン
グ内に、例えば、リン青銅等からなるシムの片面あるい
は両面にセラミックス系あるいは高分子系の圧電体を1
組(単層型;ユニモルフ)又は複数組(複層型;バイモ
ルフ)積層して、その両面に薄膜電極を設けた圧電体の
周部を固定し、前記圧電体の薄膜電極間に電圧を印加し
て該圧電体を振動させることにより液体、空気等の流体
を吸い込み側逆止弁を通じて吸いこみ、吐出側逆止弁を
通じて吐出するものであり、常温、例えば、20℃〜3
0℃近傍の温度範囲で流体を流すために使用されてい
た。
2. Description of the Related Art As a conventional technique of this kind, there is, for example, a piezoelectric pump disclosed in Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 64-15789. As the material of the casing used in the conventional piezoelectric pump,
Resins such as polypropylene (PP) and polyacetal (POM) have been used. In such a piezoelectric pump, a ceramic or polymer-based piezoelectric material is provided on one or both sides of a shim made of, for example, phosphor bronze in a casing.
A set (single-layer type; unimorph) or a plurality of sets (multi-layer type; bimorph) are stacked, and the periphery of a piezoelectric body having thin-film electrodes provided on both surfaces thereof is fixed, and a voltage is applied between the thin-film electrodes of the piezoelectric body. Then, by vibrating the piezoelectric body, a fluid such as liquid or air is sucked through the suction-side check valve and discharged through the discharge-side check valve.
It has been used to flow fluids in a temperature range around 0 ° C.

【0003】ところで、圧電ポンプにおいては、使用す
る圧電体の圧電歪定数が大きい方が好ましく、そこで、
従来は、例えば、横の圧電歪定数d31が200×10
-12m/vを超えるような、いわゆるソフト系のPZT
系セラミックス等が一般に用いられてきた。それは、d
31が200×10-12m/vより小さい材料は変形量が
少なく、圧電ポンプ用としては好ましくないからであ
る。
[0003] In a piezoelectric pump, it is preferable that the piezoelectric material used has a large piezoelectric strain constant.
Conventionally, for example, the horizontal piezoelectric strain constant d 31 is 200 × 10
So-called soft PZT exceeding -12 m / v
System ceramics and the like have been generally used. It is d
This is because a material whose 31 is smaller than 200 × 10 −12 m / v has a small deformation amount and is not preferable for a piezoelectric pump.

【0004】しかしながら、ケーシング部材に、ポリプ
ロピレン(PP)やポリアセタール(POM)等の樹脂
を使用した従来の圧電ポンプでは、常温より高い温度、
例えば、40〜50℃の温度下での環境において長時
間、流体を搬送した場合、その流量や吐出圧等のポンプ
性能が低下するという問題点があった。その原因は、圧
電素子を交流駆動したときの素子の発熱のためであり、
その発熱量Wは、 W=2π×F×C×電圧×tanδ (但し、Fは周波数、Cは電気容量、tanδは誘電損
失係数である)なる関係で表される。一般に、圧電歪定
数が大きな材料は、誘電率が大きいという性質があり、
より大きな圧電歪を得るべく、誘電率の大きな圧電素子
を使用すると、常温駆動時には、流量や吐出圧等のポン
プ性能の低下がない場合でも、常温より高い40〜50
℃の温度下で駆動すると、誘電率が更に上昇して発熱が
大きくなり、ケーシング内の温度が更に上昇するため、
ケーシング材が熱により変形し、ポンプ性能が駆動と共
に低下するものである。
However, in a conventional piezoelectric pump using a casing member made of a resin such as polypropylene (PP) or polyacetal (POM), the temperature is higher than normal temperature.
For example, when a fluid is transported for a long time in an environment at a temperature of 40 to 50 ° C., there is a problem that pump performance such as a flow rate and a discharge pressure is reduced. The cause is due to the heat generation of the element when the piezoelectric element is AC driven,
The calorific value W is represented by the following relationship: W = 2π × F × C × voltage × tan δ (where F is frequency, C is electric capacity, and tan δ is dielectric loss coefficient). Generally, a material having a large piezoelectric strain constant has a property of having a large dielectric constant.
When a piezoelectric element having a large dielectric constant is used in order to obtain a larger piezoelectric strain, even when the pump performance such as the flow rate and the discharge pressure is not reduced during normal temperature driving, it is 40 to 50 higher than normal temperature.
When driven at a temperature of ° C., the dielectric constant further increases and the heat generation increases, and the temperature inside the casing further increases.
The casing material is deformed by the heat, and the pump performance decreases with driving.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、常
温より高温で動作させた時も、経時的なポンプ性能の低
下がなく耐久性に優れた圧電ポンプを提供することを目
的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a piezoelectric pump which is excellent in durability without deterioration of pump performance over time even when operated at a temperature higher than room temperature.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に、本発明の圧電ポンプは、被搬送体の駆動源である圧
電体をケーシング内に装填してなる圧電ポンプにおい
て、上記ケーシングの少なくとも一部が常温での曲げ剛
性率が1GPA以上であり、かつ、温度変化が20℃〜
50℃の温度範囲において、その曲げ剛性率の温度変化
率が15%以下である樹脂からなり,上記圧電体(1
5)の誘電率が5000以下であり、横の圧電歪定数d
31が200×10-12m/v以上であることを特徴とす
る。
To achieve the above object, a piezoelectric pump according to the present invention is a piezoelectric pump in which a piezoelectric material, which is a drive source of a transported object, is loaded in a casing. Some have a flexural rigidity of 1 GPA or more at room temperature and a temperature change of 20 ° C. or more.
In a temperature range of 50 ° C., the piezoelectric body (1) is made of a resin whose bending rigidity has a temperature change rate of 15% or less.
5) having a dielectric constant of 5000 or less and a horizontal piezoelectric strain constant d
31 is 200 × 10 −12 m / v or more.

【0007】本発明者は、圧電ポンプを室温より高い温
度で使用した場合のポンプ性能はこれに用いられるケー
シングの材質、及び圧電素子を構成する圧電体のもつ誘
電率や圧電係数に大きく左右され、特に、ポンプのケー
シングに用いられる材質の剛性率とその温度特性と高温
下でのポンプ性能との間に相関があることを見いだした
ものであり、ポンプのケーシングを構成する上記ポンプ
吸い込み・吐出用ユニット(1)、ポンプ弁座ユニット
(2)及びポンプアクチュエータユニット(3)の少な
くとも1つが、常温での曲げ剛性率が1GPA以上であ
り、かつ、温度変化が20℃〜50℃の温度範囲におい
て、その曲げ剛性率の温度変化率が15%以下である樹
脂とすることにより、ポンプの流量変化率、吐出圧変化
率の経時的な変化も少ないポンプ性能の良い圧電ポンプ
とすることができる。また,上記圧電体(15)の誘電
率が5000以下であり、横の圧電歪定数d31が200
×10-12m/v以上とする構成により、圧電体自体か
らの発熱がより抑制され、また、素子の歪み量がより多
いため、ポンプ性能の温度依存性が小さく、ポンプ性能
の変化のより少ないケーシングの変形が生じないような
耐久性に優れた圧電ポンプとすることができる。
The inventor of the present invention has found that the performance of a piezoelectric pump when it is used at a temperature higher than room temperature largely depends on the material of the casing used for the piezoelectric pump and the dielectric constant and the piezoelectric coefficient of the piezoelectric material constituting the piezoelectric element. In particular, it has been found that there is a correlation between the rigidity of the material used for the pump casing and its temperature characteristics and the pump performance at high temperatures, and the pump suction / discharge constituting the pump casing At least one of the unit for use (1), the pump valve seat unit (2) and the pump actuator unit (3) has a flexural rigidity of 1 GPA or more at room temperature and a temperature range of 20 ° C. to 50 ° C. in temperature change. , By using a resin whose temperature change rate of the bending rigidity is 15% or less, the change rate of the pump flow rate and the discharge pressure change rate over time It can be a good piezoelectric pump less pump performance. The dielectric constant of the piezoelectric body (15) is 5,000 or less, and the horizontal piezoelectric strain constant d 31 is 200.
With a configuration of × 10 −12 m / v or more, the heat generation from the piezoelectric body itself is further suppressed, and since the amount of distortion of the element is larger, the temperature dependence of the pump performance is small, and the change in the pump performance is more reduced. It is possible to provide a piezoelectric pump having excellent durability such that little deformation of the casing does not occur.

【0008】請求項2記載の発明は、請求項1記載の圧
電ポンプにおいて、上記ケーシングが、ポンプアクチュ
エータユニット(3)と、ポンプアクチュエータユニッ
ト(3)に着脱可能に取り付けられ、吸い込み口(8
a)及び吐出口(8b)を有するポンプ吸い込み・吐出
用ユニット(1)と、ポンプ吸い込み・吐出用ユニット
(1)及びポンプアクチュエータユニット(3)との間
に設けられ、吸い込み側及び吐出側逆止弁(9a、9
b)を有するポンプ弁座ユニット(2)とからなり、ポ
ンプアクチュエータユニット(3)内に圧電体(15)
の周部を固定し、圧電体(15)の電極(13a、13
b)間に電圧を印加して圧電体(15)を振動させるこ
とにより流体を吸い込み側逆止弁(9a)を通じて吸い
こみ、吐出側逆止弁(9b)を通じて吐出することを特
徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the piezoelectric pump according to the first aspect, the casing is detachably attached to the pump actuator unit (3) and the pump actuator unit (3), and the suction port (8) is provided.
a) a pump suction / discharge unit (1) having a discharge port (8b) and a pump suction / discharge unit (1) and a pump actuator unit (3), and the suction side and the discharge side are reversed. Stop valve (9a, 9
b) and a pump valve seat unit (2) having a piezoelectric body (15) in a pump actuator unit (3).
Is fixed, and the electrodes (13a, 13a) of the piezoelectric body (15) are fixed.
By applying a voltage during b) to vibrate the piezoelectric body (15), fluid is sucked through the suction-side check valve (9a) and discharged through the discharge-side check valve (9b).

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】図1及び図2を用いて本発明の圧
電ポンプの実施の形態を詳細に説明する。図1は、本発
明の圧電ポンプの1実施の形態を示す縦断面図、図2
は、図1の分解断面図である。まず、図1に示すよう
に、本発明の圧電ポンプは、例えば、基本的に、ポンプ
吸い込み・吐出用ユニット1と、ポンプ弁座ユニット2
と、ポンプアクチュエータユニット3とからなるケーシ
ングを備えて構成され、圧電体15、電極13a,13
b、圧電振動子12及び被覆材11で構成される圧電素
子部と、ポンプアクチュエータユニット3と、ポンプ弁
座ユニット2とからポンプ室6を構成するように配置さ
れている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a piezoelectric pump according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of a piezoelectric pump according to the present invention, and FIG.
FIG. 2 is an exploded sectional view of FIG. First, as shown in FIG. 1, a piezoelectric pump of the present invention basically includes, for example, a pump suction / discharge unit 1 and a pump valve seat unit 2.
And a casing comprising the pump actuator unit 3 and the piezoelectric body 15, the electrodes 13a and 13
b, a piezoelectric element portion composed of the piezoelectric vibrator 12 and the coating material 11, the pump actuator unit 3, and the pump valve seat unit 2 are arranged so as to constitute the pump chamber 6.

【0010】ポンプ吸い込み・吐出用ユニット1は、ポ
ンプアクチュエータユニット3に着脱可能に取付けら
れ、上面に、吸い込み口及び吐出口8a、8bを開口形
成してなる。ここで、8aはポンプが作動した際、搬送
流体が流入する吸い込み流路であり、8bはポンプが作
動した際、搬送流体が流出する吐出流路である。ポンプ
弁座ユニット2は、ポンプ吸い込み・吐出用ユニット1
と、ポンプアクチュエータユニット3との間に設けら
れ、吸い込み側、吐出側に対応する逆止弁9a、9bを
有してなる。
The pump suction / discharge unit 1 is detachably attached to the pump actuator unit 3 and has suction ports and discharge ports 8a and 8b formed on the upper surface thereof. Here, 8a is a suction flow path into which the carrier fluid flows when the pump operates, and 8b is a discharge flow path from which the carrier fluid flows out when the pump operates. The pump valve seat unit 2 is a pump suction / discharge unit 1
And the pump actuator unit 3 and have check valves 9a and 9b corresponding to the suction side and the discharge side.

【0011】ポンプアクチュエータユニット3は、外囲
器10の内側に、圧電体15からなる圧電振動子12の
外周部を支持し、この圧電振動子12の電極13a、1
3bに接続されたリ−ド線14a、14bを外囲器10
より引き出して構成する。なお、電極13a、13bは
圧電体15、15の両表面に積層されている。圧電振動
子12は、被覆材11である弾性体エラストマモールド
により被覆されている。圧電振動子12は、シム材(図
示せず)の両面に2枚の扁平な圧電体15を積層してな
るバイモル素子である。
The pump actuator unit 3 supports an outer peripheral portion of a piezoelectric vibrator 12 composed of a piezoelectric body 15 inside the envelope 10, and the electrodes 13 a, 1
The lead wires 14a, 14b connected to the
Pull out and configure. The electrodes 13a and 13b are laminated on both surfaces of the piezoelectric bodies 15 and 15, respectively. The piezoelectric vibrator 12 is covered with an elastic elastomer mold as the covering material 11. The piezoelectric vibrator 12 is a bimol element in which two flat piezoelectric members 15 are laminated on both surfaces of a shim material (not shown).

【0012】本実施例の圧電ポンプは、リ−ド線14
a、14bを介して、この圧電体15の電極13a、1
3b間に交流電源eを印加して当該圧電体15を振動さ
せることにより、即ち、圧電体15が一方向に振動し且
つ湾曲して、ポンプ室16の中が負圧となるため吸い込
み側逆止弁9aを通して搬送流体が吸い込まれ、外囲器
内のポンプ弁座ユニット2と圧電体15との間に形成さ
れたポンプ室16の中に搬送流体が流入し、次いで圧電
体15が先の方向とは逆の方向に振動し且つ湾曲してポ
ンプ室16の中が正圧となるため、吐出側逆止弁9bが
開き、これを通して搬送流体が吐出することにより駆動
動作される。
The piezoelectric pump according to this embodiment has a lead wire 14
a, 14b, the electrodes 13a, 1
The piezoelectric body 15 is vibrated by applying an AC power source e between the electrodes 3b, that is, the piezoelectric body 15 vibrates and bends in one direction, and the inside of the pump chamber 16 becomes a negative pressure. The carrier fluid is sucked through the stop valve 9a, flows into the pump chamber 16 formed between the pump valve seat unit 2 and the piezoelectric body 15 in the envelope, and then the piezoelectric body 15 is moved to the previous position. The pump chamber 16 vibrates and curves in a direction opposite to the direction, and the inside of the pump chamber 16 becomes a positive pressure, so that the discharge-side check valve 9b is opened, and the driving operation is performed by discharging the carrier fluid through the discharge-side check valve 9b.

【0013】なお、本実施例の圧電ポンプは、ポンプ吸
い込み、吐出用ユニット1と、ポンプ弁座ユニット2
と、ポンプアクチュエータユニット3によりケーシング
を構成してなる圧電ポンプについて例示したが、本発明
の圧電ポンプはここに例示された構造のものに限定され
ないことはいうまでもない。次に、圧電ポンプを構成す
る上記ユニット及び圧電体の材質及び物性について、説
明する。
The piezoelectric pump of this embodiment has a pump suction / discharge unit 1 and a pump valve seat unit 2.
And the piezoelectric pump in which the casing is constituted by the pump actuator unit 3, the piezoelectric pump of the present invention is not limited to the structure exemplified here. Next, the material and physical properties of the unit and the piezoelectric body that constitute the piezoelectric pump will be described.

【0014】ケーシングを構成するポンプアクチュエー
タユニット3、ポンプ吸い込み・吐出用ユニット1及び
ポンプ弁座ユニット2は、ポリフェニレンスルフィド
(PPS)、ポリスルフォン(PSF)、ポリエーテル
エーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルケトン(P
EK)系等の熱可塑性樹脂等であって、常温での曲げ剛
性率が1GPA以上であり、かつ、温度変化が20℃〜
50℃の温度範囲において、その曲げ剛性率の変化率が
15%以下である樹脂が好ましい。
The pump actuator unit 3, the pump suction / discharge unit 1 and the pump valve seat unit 2 constituting the casing are made of polyphenylene sulfide (PPS), polysulfone (PSF), polyetheretherketone (PEEK), polyetherketone. (P
An EK) -based thermoplastic resin or the like having a flexural rigidity of 1 GPA or more at room temperature and a temperature change of 20 ° C.
In a temperature range of 50 ° C., a resin having a change rate of the flexural rigidity of 15% or less is preferable.

【0015】曲げ剛性率や、曲げ剛性率の変化率が上述
の範囲(温度変化20℃〜50℃)のものであれば、そ
の樹脂中に顔料、ファイバー等のフィラー入りの樹脂で
も良い。常温での曲げ剛性率が1GPAであって、か
つ、温度変化が20℃〜50℃の温度範囲において、そ
の曲げ剛性率の変化率が10%以下である上記のような
樹脂がより好ましい。
As long as the flexural rigidity and the rate of change of the flexural rigidity are in the above-mentioned range (temperature change of 20 ° C. to 50 ° C.), resin containing a filler such as pigment or fiber may be used. The above resin having a flexural rigidity of 1 GPA at room temperature and a rate of change of the flexural rigidity of 10% or less in a temperature range of 20 ° C. to 50 ° C. is more preferable.

【0016】特に、ケーシングを構成する部材の中で
も、ポンプアクチュエータユニット3及びポンプ弁座ユ
ニット2、即ち、直接ポンプ室を形成する部材を上記の
ような常温での曲げ剛性率が1GPAであって、かつ、
温度変化が20℃〜50℃の温度範囲において、その曲
げ剛性率の変化率が15%以下である樹脂を使用するの
が好ましい。
In particular, among the members constituting the casing, the pump actuator unit 3 and the pump valve seat unit 2, that is, the members that directly form the pump chamber have a bending rigidity at room temperature as described above of 1 GPA, And,
It is preferable to use a resin having a rate of change in flexural rigidity of 15% or less in a temperature range of 20 ° C to 50 ° C.

【0017】本発明の圧電ポンプの駆動源として用いら
れる圧電体15は、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チ
タン酸・ジルコン鉛等のセラミックス系や、ポリフッカ
ビニリデン、フッカビニリデンと三フッカビニリデンと
の共重合物等の有機系の圧電素子からなり、例えば0.
2〜3mmの平板状に成形し、その両面に金属の蒸着、
焼き付け、金属箔の接着、金属系塗布剤の塗布等により
金属を積層して電極13a、13bを形成する。
The piezoelectric body 15 used as a driving source of the piezoelectric pump of the present invention is made of a ceramic material such as barium titanate, lead titanate, or lead zirconate titanate, or a mixture of polyfukkavinylidene, fukkavinylidene and trifukkavinylidene. An organic piezoelectric element such as a copolymer is used.
Formed into a 2-3mm flat plate, metal deposition on both sides,
The electrodes 13a and 13b are formed by laminating metals by baking, bonding a metal foil, applying a metal coating agent, or the like.

【0018】また、本発明の圧電ポンプに用いられる圧
電振動子12を構成する圧電体15は、その誘電率が5
000以下であり、圧電歪定数d31が200×10-12
m/v以上であるものが好ましい。本発明の圧電ポンプ
においては、かかる誘電率と圧電歪定数を有する圧電体
15を使用し、これを包囲するケーシングの曲げ剛性率
が大きく、かつ、曲げ剛性の温度依存性の小さい素材を
使用したので、40℃〜50℃の常温より高い温度下で
使用した場合においても、ケーシングの曲げ剛性率が大
きく低下しないため、従来のポンプのようなケーシング
の変形が起こらず、ポンプ流量やポンプ吐出圧の経時変
化の少ない耐久性に優れた圧電ポンプを得ることができ
る。
The piezoelectric body 15 constituting the piezoelectric vibrator 12 used in the piezoelectric pump of the present invention has a dielectric constant of 5%.
000 or less, and the piezoelectric strain constant d 31 is 200 × 10 −12.
Those having m / v or more are preferred. In the piezoelectric pump of the present invention, a piezoelectric body 15 having such a dielectric constant and a piezoelectric distortion constant is used, and a material surrounding the piezoelectric body 15 has a large flexural rigidity and a material having a small temperature dependence of flexural rigidity. Therefore, even when used at a temperature higher than the normal temperature of 40 ° C. to 50 ° C., the bending rigidity of the casing does not significantly decrease, so that the casing does not deform like a conventional pump, and the pump flow rate and pump discharge pressure do not change. And a piezoelectric pump excellent in durability with little change with time can be obtained.

【0019】[0019]

【実施例】本発明の圧電ポンプの実施例1及び2と従来
の圧電ポンプの比較例1〜3とを比較した例を表1に示
す。ケーシング材としては、実施例1は、PPS系樹
脂、実施例2は、PSF系樹脂、比較例1は、PP系樹
脂、比較例2は、POM系樹脂、比較例3は、PSF系
樹脂を使用した。ケーシング材以外の構造及び使用素材
は実施例及び比較例は同一のものを使用している。ま
た、ケーシングの曲げ剛性率は実施例及び比較例とも
に、1GPA以上としているが、曲げ剛性率の温度によ
る変化率は、実施例1及び2と比較例3は15%以下と
しているのに対し、比較例1及び2は、15%以上であ
り、比較例3は、圧電体の誘電率が5000以上であっ
て、曲げ剛性率の温度変化率は、15%以下のものを用
いた例である。
Table 1 shows an example in which Examples 1 and 2 of the piezoelectric pump of the present invention are compared with Comparative Examples 1 to 3 of the conventional piezoelectric pump. As a casing material, Example 1 is a PPS resin, Example 2 is a PSF resin, Comparative Example 1 is a PP resin, Comparative Example 2 is a POM resin, and Comparative Example 3 is a PSF resin. used. The structures and materials used other than the casing material are the same in Examples and Comparative Examples. The bending stiffness of the casing is set to 1 GPA or more in both the example and the comparative example. The change rate of the bending stiffness due to the temperature is set to 15% or less in Examples 1 and 2 and Comparative Example 3, Comparative Examples 1 and 2 are 15% or more, and Comparative Example 3 is an example using a piezoelectric body having a dielectric constant of 5000 or more and a temperature change rate of a flexural rigidity of 15% or less. .

【0020】圧電振動子12は、直径50mmで、厚み
50ミクロンのリン青銅の両面に、表1に示した誘電率
及び横の圧電歪定数(d31)を有する、直径50mm、
厚み0.65mmの2枚のPZT系圧電セラミックスを
接着してなるバイモルフ型の圧電体を使用した。また、
各圧電体の外部は、シリコン系の弾性エラストマーでモ
ールドを行い、これを圧電振動子12とした。
The piezoelectric vibrator 12 has a dielectric constant and a lateral piezoelectric strain constant (d 31 ) shown in Table 1 on both sides of a phosphor bronze having a diameter of 50 mm and a thickness of 50 μm.
A bimorph-type piezoelectric body formed by bonding two PZT-based piezoelectric ceramics having a thickness of 0.65 mm was used. Also,
The outside of each piezoelectric body was molded with a silicon-based elastic elastomer, which was used as a piezoelectric vibrator 12.

【0021】吸い込み側、吐出側弁9a、9bには、ジ
メチルシリコンゴム製のカサ型弁を用いて、図1に示し
た構造の圧電ポンプを5種類(実施例1〜2及び比較例
1〜3)作製した。これら5種類の圧電ポンプに以下の
耐久試験を実施した。常温で200V、50Hzの交流
を印加してポンプを駆動し、水を搬送させて、1分間に
流れる水量(作動初期の流量値W0 )を測定した。ま
た、ポンプの出口を塞いで流量をゼロとした時の出口側
の圧力を測定して、これを同じく初期吐出圧V0 とし
た。その後、水を排出し、ポンプを45℃の恒温槽に入
れ、同じく200V、50Hzの交流を印加してポンプ
を駆動させながら、1000時間の間、空気を搬送させ
た後、恒温槽からポンプを取り出し、同一の駆動条件
で、再び常温で、水を搬送させて、その時の流量Wt
吐出圧Vt を測定し、ポンプの流量変化率{(1−Wt
/W0)×100}及び吐出圧変化率{(1−Vt
0)×100}を算出し、その結果を表1に示した。
As the suction side and discharge side valves 9a and 9b, dimethyl silicone rubber bulky type valves are used, and five types of piezoelectric pumps having the structure shown in FIG. 1 (Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2) are used. 3) Made. The following durability tests were performed on these five types of piezoelectric pumps. At room temperature, an alternating current of 200 V and 50 Hz was applied to drive the pump to convey water, and the amount of water flowing per minute (flow rate W 0 at the beginning of operation) was measured. Further, the pressure at the outlet side when the flow rate was set to zero by closing the outlet of the pump was measured, and this was also defined as the initial discharge pressure V 0 . After that, the water was discharged, and the pump was placed in a thermostat at 45 ° C., and while the pump was driven by applying an alternating current of 200 V and 50 Hz, air was conveyed for 1000 hours. extraction, under the same driving conditions, at room temperature again, water was allowed to transport, to measure the flow rate W t between the discharge pressure V t at that time, the flow rate change rate of the pump {(1-W t
/ W 0 ) × 100} and the rate of change in discharge pressure {(1-V t /
V 0 ) × 100 °, and the results are shown in Table 1.

【0022】劣化のない理想的なポンプの場合、これら
の変化率はゼロであり、この値が小さい程、ポンプの流
量変化及び吐出圧の変化が少なく、ポンプの性能が良好
であることを意味する。また、形状センサーで、上記5
種類の圧電ポンプのケーシングの変形の状態を1000
時間駆動前後で比較し、その結果も表1に示した。
In the case of an ideal pump without deterioration, these rates of change are zero. The smaller the value, the smaller the change in the flow rate of the pump and the change in the discharge pressure, which means that the performance of the pump is good. I do. In addition, the above-mentioned 5
1000 kinds of deformation of the casing of the piezoelectric pump
Comparison was made before and after the time drive, and the results are also shown in Table 1.

【0023】[0023]

【表1】 [Table 1]

【0024】表1からわかるように、曲げ剛性の温度依
存性の悪い素材をケーシングとして用いた比較例1及び
2のポンプは、常温より高い温度(45℃)で使用する
と、流量及び吐出圧共に低下し、その変化率が大きくな
って、ポンプ性能は大きく低下するのに対し、本発明で
ある実施例1及び2のポンプでは、流量及び吐出圧の変
化率が小さく、ポンプ性能は著しく改善された。
As can be seen from Table 1, the pumps of Comparative Examples 1 and 2 using a material having low temperature dependence of bending stiffness as a casing, when used at a temperature higher than room temperature (45 ° C.), have both a flow rate and a discharge pressure. On the other hand, the pump performance of the pumps according to the first and second embodiments of the present invention is small, and the pump performance is remarkably improved. Was.

【0025】また、比較例1及び2のポンプでは、ケー
シングを形成する素材の剛性が不足していることに起因
して、45℃、1000時間の長期駆動によりケーシン
グのポンプ室周辺部分の明瞭な変形が形状センサーによ
り確認された。これに対し、実施例1及び2のポンプで
は、このような変形が観測されなかった。更に、誘電率
が5000を超える圧電素子を用いた比較例3のポンプ
の場合、45℃での空気搬送を行った場合、常温でもも
ともと大きい誘電率が、温度上昇により更に、発熱が大
きくなるため、剛性の温度による変化率の小さな素材か
らなるケーシングを用いたにもかからわず、比較例1及
び2のポンプ程大きくないが、ケーシングの変形がわず
かに観測され、またポンプ性能も低下していた。
Further, in the pumps of Comparative Examples 1 and 2, the rigidity of the material forming the casing is insufficient, and the pump is clearly driven around the pump chamber by the long-term driving at 45 ° C. for 1000 hours. Deformation was confirmed by the shape sensor. On the other hand, in the pumps of Examples 1 and 2, such deformation was not observed. Furthermore, in the case of the pump of Comparative Example 3 using a piezoelectric element having a dielectric constant of more than 5000, when the air is conveyed at 45 ° C., the dielectric constant which is originally large even at room temperature is further increased due to a rise in temperature. Despite the use of a casing made of a material having a small rate of change in rigidity due to temperature, although not as large as the pumps of Comparative Examples 1 and 2, deformation of the casing was slightly observed, and the pump performance also deteriorated. I was

【0026】[0026]

【発明の効果】本発明の圧電ポンプは、被搬送体の駆動
源である圧電体をケーシング内に装填してなる圧電ポン
プにおいて、上記ケーシングの少なくとも一部が常温で
の曲げ剛性が1GPA以上であり、かつ、温度変化が2
0〜50℃の温度範囲において、その曲げ剛性率の温度
変化率が15%以下である樹脂からなり,上記圧電体
(15)の誘電率が5000以下であり、横の圧電歪定
数d31が200×10-12m/v以上であるようにする
ことにより、常温より高い40℃〜50℃の温度下で長
時間駆動させた場合でも、搬送流体の流量及び吐出圧等
のポンプ性能の経時的変化が少なく、耐久性に優れた圧
電ポンプを提供することができる。
According to the piezoelectric pump of the present invention, at least a part of the casing has a bending rigidity of 1 GPA or more at room temperature in a piezoelectric pump in which a piezoelectric body which is a driving source of a transported object is loaded in a casing. Yes and temperature change is 2
In a temperature range of 0 to 50 ° C., the piezoelectric body (15) is made of a resin having a temperature change rate of the flexural rigidity of 15% or less, the dielectric constant of the piezoelectric body (15) is 5000 or less, and the lateral piezoelectric strain constant d 31 is By setting the pressure to 200 × 10 −12 m / v or more, even when the pump is driven for a long time at a temperature of 40 ° C. to 50 ° C. which is higher than the normal temperature, the pump performance such as the flow rate and discharge pressure of the carrier fluid with time. It is possible to provide a piezoelectric pump that is less subject to change and has excellent durability.

【0027】また、請求項2の本発明の圧電ポンプは、
請求項1の圧電ポンプにおいて、上記ケーシングが、ポ
ンプアクチュエータユニット(3)と、ポンプアクチュ
エータユニット(3)に着脱可能に取り付けられ、吸い
込み口(8a)及び吐出口(8b)を有するポンプ吸い
込み・吐出用ユニット(1)と、ポンプ吸い込み・吐出
用ユニット(1)及びポンプアクチュエータユニット
(3)との間に設けられ、吸い込み側及び吐出側逆止弁
(9a、9b)を有するポンプ弁座ユニット(2)とか
らなり、ポンプアクチュエータユニット(3)内に圧電
体(15)の周部を固定し、圧電体(15)の電極(1
3a、13b)間に電圧を印加して圧電体(15)を振
動させることにより流体を吸い込み側逆止弁(9a)を
通じて吸いこみ、吐出側逆止弁(9b)を通じて吐出す
るように構成することにより、常温より高い40℃〜5
0℃の温度下で長時間駆動させた場合でも、搬送流体の
流量及び吐出圧等のポンプ性能の経時的変化が少なく、
耐久性に優れた圧電ポンプを提供することができる。
Further, the piezoelectric pump of the present invention according to claim 2 is
2. The pump according to claim 1, wherein the casing is detachably attached to the pump actuator unit (3) and the pump actuator unit (3), and has a suction port (8a) and a discharge port (8b). Valve unit (1) provided between the pump suction / discharge unit (1) and the pump actuator unit (3), and having a suction side and a discharge side check valve (9a, 9b). 2), the periphery of the piezoelectric body (15) is fixed in the pump actuator unit (3), and the electrodes (1) of the piezoelectric body (15) are fixed.
By applying a voltage between 3a and 13b) to vibrate the piezoelectric body (15), the fluid is sucked through the suction-side check valve (9a) and discharged through the discharge-side check valve (9b). In this way, 40 ° C to 5
Even when driven at a temperature of 0 ° C. for a long time, there is little change over time in pump performance such as flow rate and discharge pressure of a carrier fluid,
A piezoelectric pump having excellent durability can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の圧電ポンプの実施の形態を示す縦断面
図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of a piezoelectric pump according to the present invention.

【図2】図1の分解断面図である。FIG. 2 is an exploded sectional view of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ポンプ吸い込み・吐出用ユニット 2 ポンプ弁座ユニット 3 ポンプアクチュエータユニット 8a 吸い込み口、 8b 吐出口 9a 吸い込み側逆止弁 9b 吐出側逆止弁 10 外囲器 11 被覆材 12 圧電振動子 13a、13b 膜状電極 14a、14b リ−ド線 15 圧電体 16 ポンプ室 17 Oリング Reference Signs List 1 pump suction / discharge unit 2 pump valve seat unit 3 pump actuator unit 8a suction port, 8b discharge port 9a suction-side check valve 9b discharge-side check valve 10 envelope 11 coating material 12 piezoelectric vibrator 13a, 13b film Electrode 14a, 14b Lead wire 15 Piezoelectric body 16 Pump chamber 17 O-ring

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水野 勝弘 神奈川県小田原市成田1060番地 化成オプ トニクス株式会社小田原工場内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Katsuhiro Mizuno 1060 Narita, Odawara-shi, Kanagawa Kasei Optonics Co., Ltd. Odawara Plant

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被搬送体の駆動源である圧電体(15)
をケーシング内に装填してなる圧電ポンプにおいて、 上記ケーシングの少なくとも一部が常温での曲げ剛性が
1GPA以上であり、かつ、温度変化が20〜50℃の
温度範囲において、その曲げ剛性率の温度変化率が15
%以下である樹脂からなり,上記圧電体(15)の誘電
率が5000以下であり、横の圧電歪定数d31が200
×10-12m/v以上であることを特徴とする圧電ポン
プ。
1. A piezoelectric body (15) which is a driving source of a body to be conveyed.
A piezoelectric pump in which at least a part of the casing has a flexural rigidity of 1 GPA or more at room temperature and a temperature change of 20 to 50 ° C. in a temperature range of 20 to 50 ° C. Change rate is 15
% Or less, the dielectric constant of the piezoelectric body (15) is 5000 or less, and the horizontal piezoelectric strain constant d 31 is 200 or less.
A piezoelectric pump characterized by being at least 10 -12 m / v.
【請求項2】 請求項1の圧電ポンプにおいて、 上記ケーシングが、ポンプアクチュエータユニット
(3)と、ポンプアクチュエータユニット(3)に着脱
可能に取り付けられ、吸い込み口(8a)及び吐出口
(8b)を有するポンプ吸い込み・吐出用ユニット
(1)と、ポンプ吸い込み・吐出用ユニット(1)及び
ポンプアクチュエータユニット(3)との間に設けら
れ、吸い込み側及び吐出側逆止弁(9a、9b)を有す
るポンプ弁座ユニット(2)とからなり、 ポンプアクチュエータユニット(3)内に圧電体(1
5)の周部を固定し、圧電体(15)の電極(13a、
13b)間に電圧を印加して圧電体(15)を振動させ
ることにより流体を吸い込み側逆止弁(9a)を通じて
吸いこみ、吐出側逆止弁(9b)を通じて吐出すること
を特徴とする圧電ポンプ。
2. The piezoelectric pump according to claim 1, wherein the casing is detachably attached to the pump actuator unit (3) and the pump actuator unit (3), and has a suction port (8a) and a discharge port (8b). Pump suction / discharge unit (1) and the pump suction / discharge unit (1) and the pump actuator unit (3), and have suction side and discharge side check valves (9a, 9b). The pump actuator unit (3) includes a piezoelectric body (1).
5) is fixed, and the electrodes (13a,
A piezoelectric element is characterized in that a fluid is sucked through a suction-side check valve (9a) by applying a voltage during 13b) to vibrate the piezoelectric body (15), and is discharged through a discharge-side check valve (9b). pump.
JP1648897A 1997-01-30 1997-01-30 Piezoelectric pump Pending JPH10213073A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1648897A JPH10213073A (en) 1997-01-30 1997-01-30 Piezoelectric pump

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1648897A JPH10213073A (en) 1997-01-30 1997-01-30 Piezoelectric pump

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH10213073A true JPH10213073A (en) 1998-08-11

Family

ID=11917686

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1648897A Pending JPH10213073A (en) 1997-01-30 1997-01-30 Piezoelectric pump

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH10213073A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103032297A (en) * 2012-12-06 2013-04-10 浙江师范大学 Piezoelectric pump based on disk type sensor valve
EP3290210A1 (en) * 2016-09-05 2018-03-07 Microjet Technology Co., Ltd Manufacturing method of fluid control device
CN110873042A (en) * 2020-01-20 2020-03-10 常州威图流体科技有限公司 Valve plate, valve, miniature piezoelectric pump and fluid conveying device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103032297A (en) * 2012-12-06 2013-04-10 浙江师范大学 Piezoelectric pump based on disk type sensor valve
EP3290210A1 (en) * 2016-09-05 2018-03-07 Microjet Technology Co., Ltd Manufacturing method of fluid control device
CN110873042A (en) * 2020-01-20 2020-03-10 常州威图流体科技有限公司 Valve plate, valve, miniature piezoelectric pump and fluid conveying device
CN110873042B (en) * 2020-01-20 2020-05-19 常州威图流体科技有限公司 Valve plate, valve, miniature piezoelectric pump and fluid conveying device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6869275B2 (en) Piezoelectrically driven fluids pump and piezoelectric fluid valve
JP4957480B2 (en) Piezoelectric micro pump
JP4629231B2 (en) Piezoelectric micro pump
WO2008069266A1 (en) Piezoelectric micro-blower
JP5999200B2 (en) Fluid control device and pump connection method
US20090148318A1 (en) Piezoelectric Pump
US10350337B2 (en) Valve and fluid control device
WO2004084274A2 (en) Piezoelectric actuator and pump using same
TWI689664B (en) Air actuatung diversion device
WO2015045727A1 (en) Gas control device
JPH10220357A (en) Piezoelectric pump
JP2010242501A (en) Piezoelectric pump
JPH10213073A (en) Piezoelectric pump
US20070085449A1 (en) Electro-active valveless pump
JPH07224763A (en) Piezoelectric pump
JP2009079482A (en) Piezoelectric pump
JPH0354383A (en) Piezoelectric pump
JP3808108B2 (en) Piezoelectric pump
JP2006220056A (en) Fluid transportation device
JP2007146778A (en) Bending oscillator and diaphragm type pump
WO2020217610A1 (en) Piezoelectric valve and method for manufacturing said piezoelectric valve
JP2008163902A (en) Piezoelectric pump
JP3460301B2 (en) Piezo pump
JPH02233887A (en) Vibrator pump
JPH04103273U (en) piezoelectric pump

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060529

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060613

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20061010