JPS63167098A - 超音波ポンプ - Google Patents

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、圧電素子の超音波振動を直接的に利用し、機
械的な回転部分を持たない超音波ポンプに係り、とくに
比較的少量の液体の吸い上げに適した超音波ポンプに関
する。

（発明の概要） 本発明は、圧電素子の超音波振動を利用した超音波ポン
プであって、圧電素子を設けた軸体の下端の超音波振動
によって輸体下端に開口する液体吸い上げ用穴上り液体
を吸い上げるものである。

（従来の技術） 従来、いわゆるボルト締め振動子には、液体を吸い上げ
るポンプ作用は全（見出だされておらず、ボルト締め振
動子で液体を霧化する場合には、別に設けたポンプその
他の液体供給手段によりボルト締め振動子のホーン先端
に液体を供給する必要があった。

また、超音波モーターでポンプを駆動するものが最近提
案されているが、圧電素子の超音波振動を直接的に利用
し、機械的な回転部分を持たない超音波ポンプは、未だ
提案されていない。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、従来のポンプはいずれも機械的な回転もしく
は移動部分があり、寿命や信頼性に問題があり、また液
体の送出量に脈動を伴う嫌いがある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記の点に鑑み、圧電素子の超音波振動を直
接的に利用して、機械的な回転部分等の無い簡単な構造
で信頼性の高い超音波ポンプを提供しようとするらので
ある。

本発明は、下端に開口する液体吸い上げ用穴を軸方向に
形成した軸体に複数枚の圧電素子を締め付け手段で締め
付け一体化した構造により、上記従来の問題点を解消し
ている。

（作用） 本発明の超音波ポンプが水等の液体を吸い上げる理由と
しては、種々考えられるが、まず第１に圧電素子で発生
した超音波振動を軸体下部で拡大し、袖体下端に超音波
の縦振動を行わせると、水等の液中に浸された輸体下端
の拡大された縦振動に起因して輸体下端に開口する液体
吸い上げ用穴に対して吸い（吹き）上げる方向の液体の
対流が引き起こされることが挙げられる。第２に、液体
は空気に比べ超音波が伝搬しやす（粘性が大きい性質が
あるため、液体吸い上げ用穴内の液体を超音波振動が上
昇する方向に進行して行き、従って、液体吸い上げ用穴
の内部においても超音波振動の上向きの進行等に起因し
て液体を上昇させる向きの力が作用し、液体吸い上げ用
穴の上部開口より液体が吐出されることになると認めら
れる。

（実施例） 以下、本発明に係る超音波ポンプの実施例を図面に従っ
て説明する。

第１図は本発明の第１実施例を示す、この図において、
ボルト状の軸体１には雄螺子部２，３が形成され、輸体
１の下部には小径に絞った振幅拡大ホーン部４及び下端
の円板状部５が形成されている。また、軸体１の中心軸
上に液体吸い上げ用貫通穴６が形成され、この液体吸い
上げ用貫通穴６の下方の開口は輸体１の下層面（すなわ
ち円板状部５の下端面）の中央に位置し、上方の開口は
軸体１の上端面の中央に位置している。なお、前記液体
吸い上げ用貫通穴６の下部開口はテーパー状に広がって
いる。

そして、円板状７ランノ８、円板状電極板９Ａ。

円板状圧電素子１０Ａ１円板状電極板９Ｂ、円板状圧電
素子１０Ｂ、円板状電極板９Ｃ１円板状平ワッシャ１２
及び皿ばね１３の各貫通穴に前記軸体１を挿通し、軸体
１の雄螺子部２，３にナツト１１Ａ、ＩＩＢをそれぞれ
螺合し、締め付けることによって、圧電素子１０Ａ、Ｉ
ＯＢ等の各部材は袖体１に締め付け一体化さ九る。すな
わち、圧電索子１０Ａ、ＩＯＢと輸体１との関係はボル
ト締め振動子とほぼ同様な構造となっている。

前記軸体１の上端面には液体吸い上げ用貫通穴６に連通
する延長バイブ７が溶接等で固着されている。

以上の第１実施例の構成において、超音波ポンプの支持
は、通常７ランシ８を利用して行うので、水等の液面Ｐ
の位置は第１図矢印Ｑの範囲である。

電極板９Ｂと電極板９Ａ、９Ｇとの間に高周波電圧を印
加すれば、圧電素子１０Ａ、ＩＯＢは超音波振動（例え
ば厚み振動）を発生し、その振動は軸体１の下部の振幅
拡大ホーン部４で拡大され、下端の円板状部５に拡大さ
れた超音波の縦振動（第１図の矢印Ｒのような軸に平行
な方向の振動）を引き起こす、この輸体下端の円板状部
５の縦振動は、矢印Ｓのように液体吸い上げ用貫通穴６
を吸い（吹き）上げる向きの対流を引き起こし、これと
ともに、水等の液体は空気に比べ超音波が伝搬しやす（
粘性が高い性質がある等の理由のため、液体吸い上げ用
貫通穴６内の液体を超音波振動が上昇する方向に進行し
て行（。

一方、圧電索子１０Ａ、ＩＯＢによる超音波振動は軸体
１の外周側を能率よく伝搬し、袖体１の中心部に位置す
る液体吸い上げ用貫通穴６内面では縦振動及び横振動と
もに微弱であるが、上述の通り液体吸い上げ用貫通穴６
内の液体を円板状部５より放出された超音波振動が上昇
する方向に進行すること等に起因して、毛Ｉ管現象に加
えてさらに液体を上昇させる向きの力が作用し、液体吸
い上げ用貫通穴６の上部開口に連通する延長パイプ７よ
り液体が吐出される。

なお、第１図中に軸体１上に現れる超音波縦振動の定在
波Ｗの１例を併記したが、超音波ポンプの支持点となる
７ランノ８が振動の節となり、軸体下端の円板状部５が
振動の振幅最大、αとなるようにする。また、延長パイ
プ７の接続点は振動の節となる位置が好ましい。

上記第１図において、延長パイプ７の先端の向きは適宜
選択でき、実線のように横向きとしても良いし、仮想Ｍ
Ｔ、Ｕのように上向さもしくは下向きとしてもよい。

第２図は本発明の第２実施例を示す、この場合、軸体１
に形成された液体吸い上げ用貫通穴６Ａの下部開口をテ
ーパー状に広げるとともに、液体吸い上げ用貫通穴６Ａ
の下部を大径部分１５として、軸体下端の円板状部（も
しくは幅広部）５の縦振動に起因する液体吸い上げ用貫
通穴６Ａを吹き上げる向きの対流が大径部分１５を上昇
し易（するとともに、液体吸い上げ用貫通穴６Ａの残り
の上部は毛細管現象による液体上昇が起きやすいように
小径部分１６とする。

また、このように振動振幅の大きな軸体下部に対応した
液体吸い上げ用貫通穴６Ａ部分を大径とすることにより
、軸体下部の空洞が大きくなって軽量となり、高効率の
変換器となる。なお、！＠２実施例におけるその他の構
成部分は前述の第１実施例と同じである。

上記第１実施例で示した超音波ポンプは、軸体下部の振
幅拡大ホーン部４を含む部分のうち液体に浸る部分が多
いと、液体の粘性による振動負荷が多くなり、圧電素子
１０Ａ、ＩＯＢを励振する駆動電力が大きくなる。この
ことは、ホーン部４を含む軸体下部のうち液中振動部分
に比べて大気中の振動部分が多いほうが能率が良く、駆
動電力が小さくでよいことになる。

第３図はこの点を考慮した本発明の第３実施例である。

この第３図において、７ランノ８Ａは、円筒状の液面下
カバー２０を一体に形成したものである。そして、７ラ
ンシ８Ａ、円板状電極板９Ａ、円板状圧電素子１０Ａ、
円板状電極板９Ｂ、円板状圧電素子１０Ｂ１円板状電極
板９Ｃ，円板状部ワッシャ１２及び皿ばね１３の各貫通
穴に軸体１を挿通し、軸体１の雄螺子部２，３にナツト
１１Ａ、ＩＩＢをそれぞれ螺合し、締め付けることによ
って、圧電素子１０Ａ、ＩＯＢ等の各部材を軸体１に締
め付け一体化している。なお、延長パイプ７が液体吸い
上げ用貫通穴６の上部開口に接続されており、その他の
構造も前述の第１実施例と同様である。

この第３実施例の場合、軸体１の下部が７ランジ８Ａの
液面下カバー２０が覆われ、直接液体に触れないように
なっているので、輸体下端よりも液面レベルがかなり高
い場合でも能率良く作動させることができ、実用液面レ
ベルを高く設定可能な利点がある。

第４図は本発明の第４実施例を示す、この第４図におい
て、軸体ＩＡの中心軸上には、貫通穴の代わりに下端か
ら軸体途中までの長さの液体吸い上げ用穴６Ｂが形成さ
れている。この液体吸い上げ用穴６Ｂの下部開口は軸体
ＩＡの下端面に位置し、上部開口は軸体中間の外周面に
位置している。

一方、下側のナツト１１Ｃには、内周に環状溝２５が形
成され、該環状溝２５に連通する横穴２６がナツト１１
Ｃの側面に開口している。そして、延長パイプ７Ａが前
記横穴２６に連通するように溶接等でナツト１１Ｃに固
着される。なお、圧電索子１０Ａ、ＩＯＢを締め付け一
体化する構造等は前述の第１実施例と同様である。

この第４実施例において、液体吸い上げ用穴６Ｂより上
昇した液体は、ナラ）ＩＩＣの環状溝２５、横穴２６、
及び延長パイプ７Ａの経路で吸い上げられる。

第５図は液体の吸い上げ機能と液体の霧化機能の両者を
具備した本発明の第５実施例を示す。この第５図におい
て、軸体ＩＢは下部にポンプ機能のための振幅拡大ホー
ン部４及び円板状部５を有するとともに、上部に霧化機
能のための振幅拡大ホーン部３０及び円板状部３１を備
えている。なお、圧電素子１０Ａ、ＩＯＢを締め付け一
体化する構造は前述の第１実施例と同じである。

この第５実施例において、ｆ５１実施例の場合と同様の
原理で液体吸い上げ用貫通穴６を上昇した液体は、その
上部開口の位置する円板状部３１の上端面の超音波振動
にて霧化され、微粒子となって大気中に飛散する。この
ｆｐＪ５図の構造は、例えば空気調和器のドレイン排水
を霧化して蒸発させてしまう用途等に利用できる。

なお、本発明の超音波ポンプを複数個組み合わせること
により揚液可能な高さを大きくすることができる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、下端に開口する
液体吸い上げ用穴を軸方向に形成した軸体に複数枚の圧
電素子を締め付け手段で締め付け一体化した構造とした
ので、機械的な回転部分等の無い簡単な構造で信頼性の
高い超音波ポンプを実現し得る。また、本発明の超音波
ポンプは液体汲み上げ動作が定常的に継続するため、液
体供給量に脈動がなく、安定している利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波ポンプの＄１実施例を示す
正断面図、第２図は本発明の第２実施例の部分正断面図
、第３図は本発明の第３実施例の正断面図、第４図は本
発明のｊ＠４実施例の正断面図、ＰＩＩＪ５図は本発明
の＠５実施例の正断面図である。 １、ＩＡ、ＩＢ・・・軸体、２，３・・・雄螺子部、４
・・・振幅拡大ホーン部、５・・・円板状部、６．６Ａ
・・・液体吸い上げ用貫通穴、６Ｂ・・・液体吸い上げ
用穴、７．７Ａ・・・延長パイプ、８，８Ａ・・・７ラ
ンノ、１０Ａ、ＩＯＢ・・・圧電素子、１１Ａ、１１Ｂ
、１１Ｃ・・・ナツト。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）下端に開口する液体吸い上げ用穴を軸方向に形成
   した軸体に複数枚の圧電素子を締め付け手段で締め付け
   一体化したことを特徴とする超音波ポンプ。
2. （２）前記軸体は振幅拡大用ホーン部の下端に円板状部
   を有するものである特許請求の範囲第１項記載の超音波
   ポンプ。
3. （３）前記液体吸い上げ用穴の下部開口はテーパー状に
   広がっている特許請求の範囲第１項記載の超音波ポンプ
   。
4. （４）前記液体吸い上げ用穴の下部は、上部に比較して
   大径となっている特許請求の範囲第１項記載の超音波ポ
   ンプ。