JPS63314376A - 圧電ポンプ - Google Patents
圧電ポンプInfo
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- JPS63314376A JPS63314376A JP62147201A JP14720187A JPS63314376A JP S63314376 A JPS63314376 A JP S63314376A JP 62147201 A JP62147201 A JP 62147201A JP 14720187 A JP14720187 A JP 14720187A JP S63314376 A JPS63314376 A JP S63314376A
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Landscapes
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- Reciprocating Pumps (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
この発明は、圧電材料の伸縮を利用して微量の液体を吐
出させる圧電ポンプに関する。
出させる圧電ポンプに関する。
食品、薬品、塗料などの製造分野では、ごく微量の液体
流量の制御が可能ないわゆるマイクロポンプが用いられ
ている。 このようなマイクロポンプとして、バイモルフ型圧電振
動子を用いて構成した圧電ポンプがある。 第５図はこの種の圧電ポンプを示すもので、ｌは吸入弁
、２は吐出弁、３はバイモルフ型圧電振動子である。 バイモルフ型圧電振動子３は、ステンレスあるいは燐青
銅で作られた薄板の振動板４の両側に圧電素子５を接着
して構成されている。 このような圧電ポンプにおいて、バイモルフ型圧電振動
子３に外部から周波電圧を印加すると、バイモルフ型圧
電振動子３は図に破線で示すように振動する。その結果
、室６の容積が変化してポンプ作用が生じ、液体を吸入
弁ｌから吸入し、吐出弁２から吐出する。 この圧電ポンプは、バイモルフ型圧電振動子３に加える
周波電圧を調整することにより、液体吐出量の微細な制
御が可能である。
流量の制御が可能ないわゆるマイクロポンプが用いられ
ている。 このようなマイクロポンプとして、バイモルフ型圧電振
動子を用いて構成した圧電ポンプがある。 第５図はこの種の圧電ポンプを示すもので、ｌは吸入弁
、２は吐出弁、３はバイモルフ型圧電振動子である。 バイモルフ型圧電振動子３は、ステンレスあるいは燐青
銅で作られた薄板の振動板４の両側に圧電素子５を接着
して構成されている。 このような圧電ポンプにおいて、バイモルフ型圧電振動
子３に外部から周波電圧を印加すると、バイモルフ型圧
電振動子３は図に破線で示すように振動する。その結果
、室６の容積が変化してポンプ作用が生じ、液体を吸入
弁ｌから吸入し、吐出弁２から吐出する。 この圧電ポンプは、バイモルフ型圧電振動子３に加える
周波電圧を調整することにより、液体吐出量の微細な制
御が可能である。
バイモルフ型圧電振動子は上記したように、圧電素子を
振動板の両面に貼り合わせたもので、外部から周波電圧
が加わると、各面の圧電素子が交互に伸び縮みして振動
を発生する。 ところが、このようなバイモルフ型圧電振動子において
は、片側の圧電素子に分極特性と逆方向の電界が加わる
ため印加電圧を余り高くすることができず、また低電圧
でも印加時間の経過とともに圧電素子が劣化してしまう
という欠点があった。 また、圧電素子と振動板とはアクリル系などの有機系接
着材で接着されているため、液体の種類によっては接着
部分が侵され、使用中に圧電素子が振動板から剥離して
しまうという欠点があった。 この発明は、圧電素子を用い厳密な流量制御を可能にし
ながら上記従来の欠点を除去し、長期間使用しても圧電
素子が劣化せず、また接着部分が侵されることのない圧
電ポンプを提供することを目的とするものである。
振動板の両面に貼り合わせたもので、外部から周波電圧
が加わると、各面の圧電素子が交互に伸び縮みして振動
を発生する。 ところが、このようなバイモルフ型圧電振動子において
は、片側の圧電素子に分極特性と逆方向の電界が加わる
ため印加電圧を余り高くすることができず、また低電圧
でも印加時間の経過とともに圧電素子が劣化してしまう
という欠点があった。 また、圧電素子と振動板とはアクリル系などの有機系接
着材で接着されているため、液体の種類によっては接着
部分が侵され、使用中に圧電素子が振動板から剥離して
しまうという欠点があった。 この発明は、圧電素子を用い厳密な流量制御を可能にし
ながら上記従来の欠点を除去し、長期間使用しても圧電
素子が劣化せず、また接着部分が侵されることのない圧
電ポンプを提供することを目的とするものである。
この発明は、一方の面に液体キャビティが形成され、さ
らにこの液体キャビティに通じるように液体供給通路と
液体吐出ノズルとが設けられた圧電材料からなるプレー
トと、このプレートの両面にそれぞれ形成された電極と
、前記プレートの前記一方の面を覆う蓋体とにより圧電
ポンプを構成する。
らにこの液体キャビティに通じるように液体供給通路と
液体吐出ノズルとが設けられた圧電材料からなるプレー
トと、このプレートの両面にそれぞれ形成された電極と
、前記プレートの前記一方の面を覆う蓋体とにより圧電
ポンプを構成する。
この発明によれば、圧電素子には分極方向に沿う一方向
のみのパルス電圧が印加されるため分極劣化が生じない
。また、圧電素子は接着部分を持たず液体に侵されるこ
ともない。
のみのパルス電圧が印加されるため分極劣化が生じない
。また、圧電素子は接着部分を持たず液体に侵されるこ
ともない。
以下、第１図〜第４図に基づいて、この発明の詳細な説
明する。 まず、第１図〜第３図において、７は圧電セラミック材
料からなるプレート、８はこのプレート７の両面にそれ
ぞれ形成された電極、また９はプレート７の図の上面を
覆う蓋体である。プレート７は厚さ方向、すなわち第１
図の上下方向に分極処理されている。 プレート７には、第１図において上面に、液体キャビテ
ィ１０が形成されている。液体キャビティ１０は舟形の
空間で、前方、すなわち第１図において左方に位置する
壁面１０ａが傾斜している。 また、プレート７には、液体キャビティ１０に通じる液
体吐出ノズル１１が設けられている。この液体吐出ノズ
ル１１は、プレート７の前面、すなわち第１図の左側の
端面７ａと液体キャビティ１０の前部とを結ぶようにプ
レート７の上面から形成された断面略正方形の溝で、そ
の途中に弁室１１ａが構成されている。 弁室１１ａは第３図に示すようにその前後部分より広幅
で、また底面はプレート７の前面に向かって下降し断面
くさび状になっている（第１図）。 弁室１１ａには液体吐出ノズル１１の溝断面よりやや大
径の球状の弁体１２が収容されている。 さらに、プレート７には、液体キャビティ１０に通じる
液体供給通路１３が設けられている。液体供給通路１３
は、特に第３図に明瞭に示すように、液体キャビティ１
０の後方の壁面１０ｂからプレート７の後面、すなわち
第１図の右端面７ｂに向かう溝１３ａと、その途中から
直角に曲がりプレート７の側面７ｃに向かう溝１３ｂと
からなっている。液体供給通路１３は断面積が溝１３ａ
部分で液体吐出ノズルの溝より小さく、溝１３ｂ部分で
は逆に太き（なっている。 このようなプレート７は次のような工程で製作される。 圧電セラミック材料としては圧電縦効果の大きい、例え
ばチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックを用いる。 まず、ＮｉＮｂ系チタン酸ジルコン酸鉛の粉末を有機バ
インダを加えてプレート状にプレス成形する。この成形
体を１２００°Ｃに加熱焼結した後に、厚さ数岨にラッ
プ研磨する。 この圧電プレートをダイシングマシンで加工して、第１
図〜第３図に示すように、液体キャビティ１０、液体吐
出ノズル１１、および液体供給通路１３を形成する。 その後、両面に銀ペーストを塗布して焼き付けを行い、
電極８を形成する。 蓋体９はガラス板で、上記プレート７の上面を覆うよう
に、約７００°Ｃに加熱して熱融着される。 蓋体９としてはガラスのほか、金属、圧電セラミツクな
どを用いてもよい。 このように構成された圧電ポンプの電極８．８間に第３
図に示すように直流電圧を印加すると、電圧印加時には
プレート７が第１図の上下方向に伸びて厚さが大きくな
り、液体キャビティ１０の容積が小さくなる。また電圧
の非印加時にはこの容積は元に戻る。したがって、電極
８，８間にパルス電圧を加えることにより液体キャビテ
ィ１０の容積が連続的に変化しポンプ作用を生じる。そ
の際、パルス周波数を変えることにより、吐出液体量を
細かく制御することができる。 なお、図示圧電ポンプの液体供給通路１３には弁体が設
けられていないが、液体供給通路１３には液体供給源よ
り常時適宜の低い圧力が加えられており、この圧力によ
り逆流が阻止されている。 ポンプ停止時にもこのような低い圧力によっては液体は
液体吐出ノズル１１から押し出されることはなく、表面
張力の作用によりポンプ内に留まっている。 この発明の圧電ポンプの吐出流！！ｋＱは、次の通り算
出できる。 すなわち、電圧印加時のプレートの厚さの変化量をΔｔ
、液体キャビティ１０の面積（幅×長さ）をＳ、パルス
周波数をｆとすると、Ｑ＝Δｔｘｓｘｒ また、吐出圧力Ｐは、圧電体の発生力Ｆから計算でき、 Ｐ＝Ｆ／５＝ＹＸΔ１／１ ここで、Ｙは圧電体の厚さ方向の弾性定数、ｔは圧電体
の厚さである。 例えば、厚さ０．５ ｉｎの圧電セラミックを用い、Ｉ
ＫＨｚで駆動させた場合、Δｔは０．１μｍで、液体キ
ャビティサイズを３ ｔｍｓ （幅） Ｘ３０ｍｍ （
長さ）とすると、吐出流量Ｓは、 Ｓ＝０．Ｉ Ｘｌ０−’Ｘ３ Ｘ３０Ｘ１０００＝９
ｍｍ’ ／ｓとなる。 また、弾性定数Ｙは約６５ ｋｇ／ ｔｍｎ”なので、
吐出圧力Ｐは、 Ｐ ＝６５Ｘ０．Ｉ Ｘｌ０−３１０．５＝Ｏ，Ｏ１３
ｋｇ／ ｍｍ” ＝１．３ ｋｇ／ ｃｍ”となる。 第４図は、この発明の圧電ポンプを数個並列に構成した
もので、共通の圧電プレート７上に液体キャビティｌＯ
を並べて形成し、それぞれの液体供給通路１３および液
体吐出ノズル１１を共通の液体供給通路１４および共通
の液体吐出ノズル１５にそれぞれ接続したものである。 このように構成して、駆動する液体キャビティを順次増
やすことによって、流量を段階的に増やすことができる
。 に発明の効果】 この発明は、一方の面に液体キャビティが形成され、さ
らにこの液体キャビティに通じるように液体供給通路と
液体吐出ノズルとが設けられた圧電材料からなるプレー
トと、このプレートの両面にそれぞれ形成された電極と
、前記プレートの前記一方の面を覆う蓋体とにより圧電
ポンプを構成したもので、ポンプ室を圧電体で形成し、
この圧電体に電圧を印加してその圧電縦効果のみを利用
して吸入と吐出を行わせる方式であるので、長期間使用
しても分極劣化を生じず、長寿命で信輔性が高い上、小
形軽量化、薄形化が可能となる。 また、蓋体は熱融着により圧電プレートに接合しており
、有機系接着剤を使用していないので圧電ポンプを有機
溶剤中で使用しても侵されることがない。 。
明する。 まず、第１図〜第３図において、７は圧電セラミック材
料からなるプレート、８はこのプレート７の両面にそれ
ぞれ形成された電極、また９はプレート７の図の上面を
覆う蓋体である。プレート７は厚さ方向、すなわち第１
図の上下方向に分極処理されている。 プレート７には、第１図において上面に、液体キャビテ
ィ１０が形成されている。液体キャビティ１０は舟形の
空間で、前方、すなわち第１図において左方に位置する
壁面１０ａが傾斜している。 また、プレート７には、液体キャビティ１０に通じる液
体吐出ノズル１１が設けられている。この液体吐出ノズ
ル１１は、プレート７の前面、すなわち第１図の左側の
端面７ａと液体キャビティ１０の前部とを結ぶようにプ
レート７の上面から形成された断面略正方形の溝で、そ
の途中に弁室１１ａが構成されている。 弁室１１ａは第３図に示すようにその前後部分より広幅
で、また底面はプレート７の前面に向かって下降し断面
くさび状になっている（第１図）。 弁室１１ａには液体吐出ノズル１１の溝断面よりやや大
径の球状の弁体１２が収容されている。 さらに、プレート７には、液体キャビティ１０に通じる
液体供給通路１３が設けられている。液体供給通路１３
は、特に第３図に明瞭に示すように、液体キャビティ１
０の後方の壁面１０ｂからプレート７の後面、すなわち
第１図の右端面７ｂに向かう溝１３ａと、その途中から
直角に曲がりプレート７の側面７ｃに向かう溝１３ｂと
からなっている。液体供給通路１３は断面積が溝１３ａ
部分で液体吐出ノズルの溝より小さく、溝１３ｂ部分で
は逆に太き（なっている。 このようなプレート７は次のような工程で製作される。 圧電セラミック材料としては圧電縦効果の大きい、例え
ばチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックを用いる。 まず、ＮｉＮｂ系チタン酸ジルコン酸鉛の粉末を有機バ
インダを加えてプレート状にプレス成形する。この成形
体を１２００°Ｃに加熱焼結した後に、厚さ数岨にラッ
プ研磨する。 この圧電プレートをダイシングマシンで加工して、第１
図〜第３図に示すように、液体キャビティ１０、液体吐
出ノズル１１、および液体供給通路１３を形成する。 その後、両面に銀ペーストを塗布して焼き付けを行い、
電極８を形成する。 蓋体９はガラス板で、上記プレート７の上面を覆うよう
に、約７００°Ｃに加熱して熱融着される。 蓋体９としてはガラスのほか、金属、圧電セラミツクな
どを用いてもよい。 このように構成された圧電ポンプの電極８．８間に第３
図に示すように直流電圧を印加すると、電圧印加時には
プレート７が第１図の上下方向に伸びて厚さが大きくな
り、液体キャビティ１０の容積が小さくなる。また電圧
の非印加時にはこの容積は元に戻る。したがって、電極
８，８間にパルス電圧を加えることにより液体キャビテ
ィ１０の容積が連続的に変化しポンプ作用を生じる。そ
の際、パルス周波数を変えることにより、吐出液体量を
細かく制御することができる。 なお、図示圧電ポンプの液体供給通路１３には弁体が設
けられていないが、液体供給通路１３には液体供給源よ
り常時適宜の低い圧力が加えられており、この圧力によ
り逆流が阻止されている。 ポンプ停止時にもこのような低い圧力によっては液体は
液体吐出ノズル１１から押し出されることはなく、表面
張力の作用によりポンプ内に留まっている。 この発明の圧電ポンプの吐出流！！ｋＱは、次の通り算
出できる。 すなわち、電圧印加時のプレートの厚さの変化量をΔｔ
、液体キャビティ１０の面積（幅×長さ）をＳ、パルス
周波数をｆとすると、Ｑ＝Δｔｘｓｘｒ また、吐出圧力Ｐは、圧電体の発生力Ｆから計算でき、 Ｐ＝Ｆ／５＝ＹＸΔ１／１ ここで、Ｙは圧電体の厚さ方向の弾性定数、ｔは圧電体
の厚さである。 例えば、厚さ０．５ ｉｎの圧電セラミックを用い、Ｉ
ＫＨｚで駆動させた場合、Δｔは０．１μｍで、液体キ
ャビティサイズを３ ｔｍｓ （幅） Ｘ３０ｍｍ （
長さ）とすると、吐出流量Ｓは、 Ｓ＝０．Ｉ Ｘｌ０−’Ｘ３ Ｘ３０Ｘ１０００＝９
ｍｍ’ ／ｓとなる。 また、弾性定数Ｙは約６５ ｋｇ／ ｔｍｎ”なので、
吐出圧力Ｐは、 Ｐ ＝６５Ｘ０．Ｉ Ｘｌ０−３１０．５＝Ｏ，Ｏ１３
ｋｇ／ ｍｍ” ＝１．３ ｋｇ／ ｃｍ”となる。 第４図は、この発明の圧電ポンプを数個並列に構成した
もので、共通の圧電プレート７上に液体キャビティｌＯ
を並べて形成し、それぞれの液体供給通路１３および液
体吐出ノズル１１を共通の液体供給通路１４および共通
の液体吐出ノズル１５にそれぞれ接続したものである。 このように構成して、駆動する液体キャビティを順次増
やすことによって、流量を段階的に増やすことができる
。 に発明の効果】 この発明は、一方の面に液体キャビティが形成され、さ
らにこの液体キャビティに通じるように液体供給通路と
液体吐出ノズルとが設けられた圧電材料からなるプレー
トと、このプレートの両面にそれぞれ形成された電極と
、前記プレートの前記一方の面を覆う蓋体とにより圧電
ポンプを構成したもので、ポンプ室を圧電体で形成し、
この圧電体に電圧を印加してその圧電縦効果のみを利用
して吸入と吐出を行わせる方式であるので、長期間使用
しても分極劣化を生じず、長寿命で信輔性が高い上、小
形軽量化、薄形化が可能となる。 また、蓋体は熱融着により圧電プレートに接合しており
、有機系接着剤を使用していないので圧電ポンプを有機
溶剤中で使用しても侵されることがない。 。
図はこの発明の実施例を示し、第１図は縦断面図、第２
図は第１図の■−■線に沿う断面図、第３図は斜視図、
第４図はこの発明の圧電ポンプを数個並列に構成した状
態を示す斜視図、第５図は従来の圧電ポンプの断面図で
ある。 ７：プレート、８：電極、９：１体、ｌＯ：液体キャビ
ティ、１１：、液体吐出ノズル、１３：液体供給通路。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図
図は第１図の■−■線に沿う断面図、第３図は斜視図、
第４図はこの発明の圧電ポンプを数個並列に構成した状
態を示す斜視図、第５図は従来の圧電ポンプの断面図で
ある。 ７：プレート、８：電極、９：１体、ｌＯ：液体キャビ
ティ、１１：、液体吐出ノズル、１３：液体供給通路。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図
Claims (1)
- １）一方の面に液体キャビティが形成され、さらにこの
液体キャビティに通じるように液体供給通路と液体吐出
ノズルとが設けられた圧電材料からなるプレートと、こ
のプレートの両面にそれぞれ形成された電極と、前記プ
レートの前記一方の面を覆う蓋体とからなることを特徴
とする圧電ポンプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62147201A JPS63314376A (ja) | 1987-06-13 | 1987-06-13 | 圧電ポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62147201A JPS63314376A (ja) | 1987-06-13 | 1987-06-13 | 圧電ポンプ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63314376A true JPS63314376A (ja) | 1988-12-22 |
Family
ID=15424844
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62147201A Pending JPS63314376A (ja) | 1987-06-13 | 1987-06-13 | 圧電ポンプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63314376A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016522671A (ja) * | 2013-06-17 | 2016-07-28 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトＳｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ | 物体を持ち上げるための装置及び方法 |
-
1987
- 1987-06-13 JP JP62147201A patent/JPS63314376A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016522671A (ja) * | 2013-06-17 | 2016-07-28 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトＳｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ | 物体を持ち上げるための装置及び方法 |
| US10171009B2 (en) | 2013-06-17 | 2019-01-01 | Siemens Aktiengesellschaft | Apparatus and method for lifting objects |
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