JP2772525B2 - 圧電ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ 産業上の利用可能性 本発明は、圧電アクチュエータを利用した圧電ポンプ
の改良に関するものである。

従来の技術 従来のダイヤフラム式ポンプ（昭和61年１月８日出
願、特願昭61−1573、昭和62年７月15日、特許出願公開
昭62−159778）では、圧電素子にダイヤフラムが直接固
定されており、圧電素子の振動を拡大する拡大機構がな
い為に圧電素子の振動が小さいので、大きな流量をえる
ことができなかった。

また、拡大機構を有する「流体ポンプ」（昭和59年12
月１日、実願昭59−188771、公開昭和61年７月１日、実
用新案出願公開昭61−103580）では、ヒンジ部（支軸1
1、14の部分）のガタつきにより圧電アクチュエータの
振動は吸収されてしまい振動の効率的な拡大は出来なか
った。更に、バイモルフ型アクチュエータで駆動する
「圧電振動子ポンプ」（昭和61年３月14日出願、特願昭
61−57970、昭和62年９月21日公開、特許出願公開昭62
−214287）では、液体の流量の制御性が悪く、正確な流
量制御が出来ない。即ち、バイモルフ型アクチュエータ
では、電圧と変位特性にヒステリシスが大きい為に、変
位と電圧は第８図に示したように比例しない（但し、第
８図の表はシリコンゴム及びフィルムが付いた震動板と
して測定したものである。）と共に、動作周波数は共振
点付近に設定される為に、液体の流量と周波数は比例し
ない。

発明が解決しようとする課題。

本発明は、縦効果型圧電アクチュエータを駆動源とす
ると共に、前記縦効果型圧電アクチュエータの変位量を
忠実に拡大する作用を具備するダイヤフラム本体を取付
けることにより、電圧及び周波数により送量の制御が正
確かつ確実にできる圧電ポンプを提供することを目的と
するものである。

［発明の構成］ 課題を解決するための手段 本発明は、以上の課題を解決するために、ポンプ室の
吸入口側には吸入側逆止弁を設けるとともに前記ポンプ
室の吐出口側には吐出側逆止弁を設け、前記ポンプ室に
上面に被膜を形成するとともに複数の周部スリット及び
放射状スリットを設けた金属板のダイヤフラムを取り付
け、前記ダイアフラムの下面に調節部材を有する縦効果
型圧電アクチュエータを固定した駆動円板を当接し、位
置調節ナットと位置調節ボルトにより前記縦効果型圧電
アクチュエータの位置を調節することができるようにし
たことを特徴とした圧電ポンプの構成とした。

作用 本発明の第１実施例により、先ず、本発明の作用を説
明すれば以下の通りである。

縦効果型圧電アクチュエータに交流電圧を印加すると
前記アクチュエータは上下に振動し、この上下の振動は
駆動円板に伝達し、ダイアフラムの駆動部を駆動させ
る。

そして、ダイアフラムが下方に移動したときは、ポン
プ室内は負圧になるので、吐出側逆止弁が閉止状態とな
り、吸込側逆止弁が開放状態となって液体が吸入口より
ポンプ室内に流入する。

しかしながら、ダイアフラムが上方に移動したとき
は、ポンプ室内は正圧になるので吸入側逆止弁が閉止状
態となり、吐出側逆止弁が開放状態となり液体が吐出さ
れ吐出口から流出する。

以上縦効果型圧電アクチュエータの上下振動により液
体の吸入、吐出が繰返される。

第３図及び第４図に示した第２実施例及び第３実施例
の場合も作用はダイアフラムが左右に振動するだけで同
様である。

実施例 第１図から第７図は、本発明の実施例を示した図であ
る。以下添付図面を示した実施例に従って本発明を詳細
に説明する。

第１図は、本発明の第１実施例の縦断面図であり、符
号１は蓋部、符号Ｇはダイアフラム、符号２は基部であ
る。蓋部１には、吸入口12及び吸入側逆止弁14が取付け
られているとともに、前記蓋部１に穿設された連通孔５
によりポンプ室16内に液体が流入する。

また、吐出口13側には、吐出側逆止弁15が取付けられ
ていて、連通孔６によりポンプ室16と連通し、ポンプ室
16から液体が吐出口13より流出する構造である。

そして、蓋部１と基部２との間に形成されているポン
プ室16には、ダイアフラムＧがダイアフラムの周部4aを
蓋部１と基部２間に挟着されている。

前記ダイアフラムＧの裏面には駆動円板３の外周に形
成されている突出部3aが当接されており、前記ダイアフ
ラムＧを支持している。前記駆動円板３の裏面には縦効
果型アクチュエータ17が取り付けられ、前記駆動円板３
を支持している。

前記縦効果型圧電アクチュエータ17は、基部２の内部
に設けられている中空部18に上下に移動可能に挿設され
ると共に、前記縦効果型圧電アクチュエータ17の下端に
は、調節部材19が取付けられ、前記調節部材19は基部２
の下面に設けられた位置調節ナット20に形成されたネジ
孔23に位置調節ボルト24を螺合させて前記調節ボルト24
を上下動させ、位置調節ボルト24の上面で調節部材19を
上下動させることにより、縦効果型圧電アクチュエータ
17の位置を調節する。図中において、符号７、８、９、
10はオーリングである。符号21は、リード線を差し込む
ためのリード線案内口である。

第２図は、本発明の平面図である。蓋部１は、ボルト
1a、1b、1c、1dにより基部２上に固定されている。

第５図は本発明である圧電ポンプに使用されているダ
イヤフラム本体の金属板の平面図、第６図は第５図中の
Ｃ−Ｄ線に沿った皮膜を取り付けた状態の縦断面図であ
る。

本発明である圧電ポンプに使用されているダイアフラ
ムＧは、第５図及び第６図に示すように、周部に両端に
円孔が形成されている湾曲した周部スリット32、32a、3
2b、32c、32d、32e、32f、32gが形成されているととも
に、前記周部スリット32〜32gの略中央から中心4bに向
い放射状に放射状スリット35、35a、35b、35c、35d、35
e、35f、35gが形成されている。

そして、ダイアフラムＧの表面には、被膜が形成又は
貼着されている。被膜に使用される素材は伸縮性及び弾
性力があり、通水しない材質のものがよく、例えば、薄
いゴム等がよい。

前記両端に円孔が形成され湾曲する周部スリット32〜
32g及び放射状スリット35〜35gを形成する金属板として
は隣青銅板がよい。ダイヤフラムＧの駆動部33、33a、3
3b、33c、33d、33e、33f、33gは略三角形に形成され、
先端ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ、ｏはダイアフラムＧ
の中心部4bで対向している。

第７図は、ダイアフラムＧの作動状態を示した図であ
り、縦効果型圧電アクチュエータ17に印加すると縦効果
型圧電アクチュエータ17は上下に振動し、上方に振動し
て駆動円板３が押し上げられると駆動円板３の周面上方
に突出する突出部3aにより駆動部33〜33gの裏面のヒン
ジ部34〜34gが押し上げられ、ヒンジ部34〜34gが曲り駆
動部33〜33g全部が円錐状に変位する。

そして、ヒンジ部34b、34fは可とう性があるととも
に、バネ作用を有しているので圧電アクチュエータ17が
元に戻ると駆動部33〜33g全部はヒンジ部34〜34gのバネ
作用により元の水平位置に戻る。

ダイアフラムＧの変位量はヒンジ部34〜34gを支点と
したテコ作用によりL/倍に拡大される。即ち、従来のダ
イアフラムの変位量に比べて非常に大きいので、ポンプ
室16内の容積の増減が大きくなる。

以上の如く、ダイアフラムＧは、変位の拡大機能と同
時にバネ作用をも兼備えている。

また、ダイアフラムＧの表面には、ゴム等の被膜が形
成又は貼着されているので、駆動部33〜33gが上下に動
いても周部スリット32〜32g及び放射状スリット35〜35g
からポンプ室16の液体が駆動円板３の方に浸透し漏れる
こともない。

ここで、吸入側逆止弁14と吐出側逆止弁15と連通孔
５、６と相互関係を述べる。

先ず、液体は、吸入口12から液体が流入し、吸入側逆
止弁14が取り付けられている個所及び連通孔５を流れて
ポンプ室16に流入し、その後、ポンプ室16に流入した液
体は、ダイアフラムＧの振動によりポンプ室16から連通
孔６及び吐出逆止弁15を流れ、吐出口13より流出する。

そして、ダイアフラムＧの中心部4bが下方に移動した
ときは、ポンプ室16内は負圧になるので、吐出側逆止弁
15が閉止状態となり、吸込側逆止弁14が開放状態となっ
て液体が吸入口12よりポンプ室16内に流入する。

しかしながら、ダイアフラムＧが上方に移動したとき
は、ポンプ室16内は正圧になるので吸入側逆止弁14が閉
止状態となり、吐出側逆止弁15が開放状態となり液体が
吐出され吐出口13から流出する。

第３図は、本発明の第２の実施例の要部の縦断面図で
ある。本例の圧電ポンプは、ポンプ室16を縦方向即ち垂
直に設けるとともにダイアフラムＧを前記ポンプ室16の
真横に縦方向に配置するとともに、調節部材19を有し縦
効果型圧電アクチュエータが取り付けられた駆動円板３
を前記ダイアフラムＧの側面に当接する。本例は、縦方
向に配置したポンプ室16の真横に、ダイアフラムＧも縦
方向に配置した構成の圧電ポンプである。

そして、前記ポンプ室16の下方には連通孔５、弁をボ
ール弁14aとした吸入側逆止弁14及び吸入口12を順次設
けるとともに、前記ポンプ室16の上方には連通孔６、弁
をボール弁15aとした吐出側逆止弁15及び吐出口13を順
次設けた構成のポンプである。

第４図は、本発明の第３実施例の要部の縦断面図であ
る。本例の圧電ポンプでは、第３実施例と同様にポンプ
室16を縦方向即ち垂直に設けるとともに、調節部材19を
有し縦効果型圧電アクチュエータ17が取り付けられた駆
動円板３をダイアフラムＧの側面に当接し、ダイアフラ
ムＧを前記ポンプ室16の真横に縦方向に配置した構成の
圧電ポンプである。

本例の圧電ポンプでは、ポンプ室16の下方には、連通
孔５、弁をボール弁27とした吸入側逆止弁14、内部に突
出筒26が突設され、前記突出筒26の外側に空気が貯溜す
る吸入側貯溜部25a及び吸入口12を順次設けるととも
に、前記ポンプ室16の上方には、連通孔６、弁をボール
弁28とした吐出側逆止弁15、内部に突出筒31が突設さ
れ、前記突出筒31の外側に空気が貯溜する吐出側貯溜部
30及び吐出口13を順次設けた構成のポンプである。

このように、吸入側貯溜部25及び吐出側貯溜部30を設
けることにより、駆動周波数と流量特性が改善されると
共に、高い周波数まで流量と周波数が比例するようにな
る。

［発明の効果］ 拡大作用及びバネ作用を兼備えたダイアフラムを使用
することによりダイアフラムの変位が大きくとれるの
で、液体の送量が多くなるとともに、本ダイアフラムに
駆動円板の接触部が１箇所であるので、圧電アクチュエ
ータの振動を忠実に伝達でき、液体の送量を流暢に行う
ことができ、流量が電圧及び周波数の双方に比例する良
好な制御性を持つポンプを製造することができるとの効
果がある。

また、空気貯溜部を有する為に駆動周波数と流量特性
が改善され、高い周波数まで流量と周波数が比例するよ
うになるとの効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明である圧電ポンプの第１実施例を示すと
ともに第２図中のＡ−Ｂ線に沿った縦断面図、第２図は
本発明である圧電ポンプの平面図、第３図は本発明であ
る圧電ポンプの第２実施例の要部縦断面図、第４図は本
発明である圧電ポンプの第３実施例の要部縦断面図、第
５図は本発明である圧電ポンプに使用されているダイア
フラム本体の金属板の平面図、第６図は第５図中のＣ−
Ｄ線に沿った皮膜を取り付けた状態の縦断面図、第７図
は第５図中のＥ−Ｆ線に沿った被膜を形成した状態の縦
断面図、第８図は従来のバイモルフ型アクチュエータの
直流電圧と変位特性を表示した図である。 １……蓋部、２……基部、３……駆動円板、3a……突出
部、４……被膜、4a……ダイアフラム周部、4b……ダイ
アフラム中心部、５、６……連通孔、７、８、９、10…
…オーリング、12……吸入口、13……吐出口、14……吸
入側逆止弁、14a……ボール弁、15……吐出側逆止弁、1
5a……ボール弁、16……ポンプ室、17……圧電アクチュ
エータ、18……基台中空部、19……調節部材、20……位
置調節ナット、21……リード線案内口、23……ネジ孔、
24……位置調節ボルト、25……吸入側貯溜部、25a、30a
……空気貯溜部、26、31……突出筒、27、28……ボール
弁、30……吐出側貯溜部、32〜32g……周部スリット、3
3〜33g……駆動部、34〜34g……ヒンジ部、ｈ〜ｏ……
駆動部先端、35〜35g……放射状スリット、Ｇ……ダイ
アフラム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井川 博之 東京都大田区南久が原１丁目13番６号 株式会社日本計器製作所内 (56)参考文献 特開 昭63−173855（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−18083（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−108890（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F04B 43/04

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポンプ室の吸入口側には吸入側逆止弁を設
   けるとともに前記ポンプ室の吐出口側には吐出側逆止弁
   を設け、前記ポンプ室に上面に被膜を形成するとともに
   複数の周部スリット及び放射状スリットを設けた金属板
   のダイヤフラムを取り付け、前記ダイアフラムの下面に
   調節部材を有する縦効果型圧電アクチュエータを固定し
   た駆動円板を当接し、位置調節ナットと位置調節ボルト
   により前記縦効果型圧電アクチュエータの位置を調節す
   ることができるようにしたことを特徴とした圧電ポン
   プ。
2. 【請求項２】縦方向に設けたポンプ室の下方には弁をボ
   ール弁とする吸入側逆止弁、上方には弁をボール弁とす
   る吐出側逆止弁を設け、前記ポンプ室の真横に上面に被
   膜を形成するとともに複数の周部スリット及び放射状ス
   リットを設けた金属板のダイアフラムを縦方向に配置す
   るとともに、前記ダイアフラムの側面には調節部材を有
   する縦効果型圧電アクチュエータを取り付けた駆動円板
   を当接し、位置調節ナットと位置調節ボルトにより前記
   縦効果型圧電アクチュエータの位置を調節することがで
   きるようにしたことを特徴とする圧電ポンプ。
3. 【請求項３】吸入側逆止弁の下方には突出筒を突設さて
   突出筒の外側に空気貯溜部を形成した吸入側貯溜部を設
   けるとともに、吐出側逆止弁の上方には突出筒を突設さ
   て突出筒の外側に空気貯溜部を形成したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項記載の圧電ポンプ。