JPS63173855A - 圧電子ポンプ - 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】 本発明は圧電振動子によって駆動される液体または気体
の、特に小形小容量のポンプに関する。

従来の小形ポンプは電磁的な回転モータあるいは電磁振
動子によって駆動される構造であった。

しかしこのようなポンプは駆動源が大形になると共に機
械的連動機構におけるエネルギ損失も大きく、能率が悪
い欠点がある。かつ駆動源の寿命および伝動機構の摩耗
、騒音の発生、電気的雑音等の問題があると共に入力変
化に対する応答性も悪い。従って本発明は上述のような
欠点がなく、しかも安価に製造することができて、特に
小形、小容量の液体または気体の輸送用ポンプを得よう
とするものである。

本発明は流体通路の両端に、この通路における流体の圧
力が上昇すると閉じて下降すると開くような逆止弁と逆
に圧力の上昇により開いて下降により閉じる逆止弁とを
設けると共にその通路の一部を例えばダイヤフラムのよ
うな可動壁で形成して、この可動壁を圧電振動子に連結
したものである。すなわち圧電振動子に適宜の周波数の
正弦波、矩形波その他任意の波形の交流電圧を加えると
、上記振動子に伸縮あるいは湾曲等の振動を生ずる。

従ってこの振動子の可動部に前記可動壁を連結すると、
流体通路の圧力が振動的に変化して両端の逆止弁が交互
に開閉するから、上記通路の流体に一定の方向の流動運
動が生ずる。なおこの場合は、振動子が駆動交流電圧の
２倍の周波数をもって振動するが、直流電圧を重畳して
脈動電圧とすることにより、その脈動周波数と同一の周
波数をもって例えば正弦波のような円滑な振動を生じさ
せることかできる。また流量の調整は電圧あるいは周波
数の変化によって容易でかつ精密に行い得ると共に応答
に遅れを生じないから、迅速な制御が可能である。更に
脈動電圧で駆動する場合は、そのデユティツブアクタを
適当に選定することによって、流量、効率、コントロー
ル性、信頼性等の改善を計ることが出来る。

第１図は本発明の一実施例を示した縦断面図で、円板状
基台ｌの側面に円板状の凹部２を設けて、この凹部と対
向するように有底円筒状の筺体３を螺着し、その螺着部
に円板状ダイヤフラム４の周縁を固定しである。棒状を
なした積層圧電振動子５の先端に取り付けた駆動子６を
上記ダイヤフラム４の中央部に固着すると共に基端の基
台７を筺体３の底面の孔８に摺動自在に嵌合して、この
基台７をねじ９で押圧しである。また前記円板状凹部２
における１つの直径の両端に相当する位置に輸送しよう
とする液体の導孔１０，１１を設けて、それらの先端に
ボール逆止弁１２、Ｉ３を取り付けである。逆止弁１２
は液体が凹部２に流入することを許容し、逆止弁１３は
逆に流出を許容するもので、これらの逆止弁にはそれぞ
れ導管の連結部１４．１４を形成し、また逆止弁１３と
その連結部１４との間には起動時にこれらの逆止弁およ
び凹部２に液体を充満させるためのエアーポンプ連結部
１５およびその開閉弁１６を設けである。

なお上記逆止弁は２個宛のボールを直列に配列して漏洩
を少なくしであるが、ボールを１つとすることも、また
他の任意の構造の逆止弁を用いることもできる。第２図
は第１図におけるＡ−Ａ部分の断面を拡大した図で、導
孔ＩＯを導孔ＩＩより大きくして、凹部２に流入する液
体の流動抵抗が流出する場合の抵抗より充分小さくなる
ようにしである。また第３図は第１図におけるダイヤフ
ラム４の部分を拡大した図であるが、この部分は第４図
のように駆動子６をダイヤフラム４に貼着して簡単に形
成することも可能であり、更にダイヤフラムを用いるこ
となく、第５図のように凹部２に弾性体の０リング１７
を嵌合して振動板１８す　５なわち可動壁の周縁をその
Ｏリングに圧接させ、振動板１８を駆動子６で押圧する
こともできる。

第６図は積層圧電振動子５の拡大縦断面図で、両面に電
極層１９．１９・・・を被着した極めて薄い原電セラミ
ック板２０．２０・・・を積層してその両側に１対の電
極２１．２２を配置し、１枚志きの電極層をそれぞれ電
極２１と２２とに接続しである。このような振動子の電
極２１，２２に端子２３．２４から数十乃至数百ボルト
の交流または脈動電圧を加えることによって、積層方向
の長さを数百キロヘルツ以下の周波数で変化させること
ができる。その変位量は勿論積層量によって異なるが、
例えば積層の厚みが２０ｍｍの場合に１５μｍ程度であ
る。また変位量は電圧の極性に関係しないから、例えば
正弦波交流に直流電圧を重畳し、脈動電圧として加える
ことにより正弦波に近い円滑な波形の伸縮動作が行われ
る。

上述の装置において、まず第１図の連結部１５に排気ポ
ンプを連結して開閉弁Ｉ６を開くと・弁１２．１３およ
び凹部２等が排気される。従って弁１２を液体源に連結
しておくと、その液体が吸い上げられてこれらの部分に
充満する。この状態で弁１６を図のように閉じて振動子
５を前述のように動作させると、第３図、第４図のダイ
ヤフラム４または第５図の振動板１８が矢印ｐのように
高速度で振動して凹部２の容積が増減し、これに伴って
その部分の液体圧力が振動的に変化する。

その圧力上昇に際しては逆止弁１３が開いて凹部２の液
体が第１図の上方へ送り出され、また圧力の低下に際し
ては弁１２が開いて凹部２に液体が補給される。すなわ
ち振動子５の動作により逆止弁Ｉ２と１３とが交互に開
閉して、液体が第１図の下方から上方へ向かって流動す
るポンプ作用が行われる。なおこの場合、振動子５の伸
長に際しては極めて大きい力が発生する。しかし収縮時
は振動子に張力が加わって、これに耐える力が比較的小
さくなる。従って第２図に示したように導孔１０を１１
より大きく形成するか、あるいは導孔１０の数を増加し
て液体の吸引抵抗を小さくすることにより、振動子の所
要断面積を縮小することかできる。

また上記実施例は、加えられる電界と同方向の寸法すな
わちセラミック板の厚みが変化するような圧電振動子を
用いたものであるが、電界に直角な方向の長さ、すなわ
ちセラミック板の面積が変化する振動子を用いることも
できる。第７図、第８図はこのようなポンプにおける振
動子の部分の断面図で、導孔ｌ０１ＩＩは例えば第１図
に示したような逆止弁１２．１３に連結される。この導
孔に連結された円板状の凹部２の開口面をダイヤフラム
４で密閉してその外側を筺体３で覆っである。上記ダイ
ヤフラム４の外面に円板状の圧電振動子５を添着したも
ので、第９図および第１Ｏ図はそれぞれ第７図、第８図
における振動子の断面を拡大した図である。すなわち第
９図のように球面状あるいは第１０図のように平面状の
円形圧電セラミック板２０の一方の面に電極を兼ねた比
較的厚く丈夫な金属板２５を添着し、他方の面に電極層
Ｉ９を被着したもので、これらの端子２３．２４に電圧
を加えると、セラミック板２０の面積、すなわち半径が
変化する。しかし金属板２５の半径は変化しないから、
上記端子に脈動電圧を加えると、セラミック板２０およ
び金属板２５の曲率半径が変化して、第７図、第８図の
振動子５が鎖線で示したように振動する。従って凹部２
の容積が振動的に変化して前記実施例と同様にポンプ作
用がおこなはれる。

更に第１Ｉ図は圧電振動子５に発生する振動をレバー２
６で拡大してダイヤフラム４に伝達することによりポン
プの流量を増大するようにしたもので、ダイヤフラム４
の中央部に添着した駆動子６と第６図に示したような積
層圧電振動子５の一端とを充分長いレバー２６で連結す
ると共にこのレバーを僅かに延長してその先端と基台７
とを帯状片２７で連結しである。従って振動子５の振動
が拡大されてダイヤフラム４に伝達され、このためポン
プの流量が増大する。また第１２図は液体２８を介して
ダイヤフラム４に振動運動を発生させるようにしたもの
で、振動子５の先端にＯリング２９を有するピストン３
０を取り付けて、そのピストンをシリンダ３１に嵌合し
、ダイヤフラム４の背後に油その他適宜の液体の充填口
３２を設けると共に導孔３３でこの部分をシリンダ３Ｉ
の先端に連結して、その部分に油その他適宜の液体２８
を充填しである。従って振動子５に伸縮運動が生ずると
、液体２８を介してその振動がダイヤフラム４に伝達さ
れ、このダイヤフラムが振動して前記各実施例と同様に
ポンプ作用が発生する。

かつシリンダ３１の径の選定によってダイヤフラム４の
振幅、従ってポンプの輸送量を任意に設定することがで
きる。

なお図示してないが、本発明のポンプを２台並列に連結
して各ポンプにおける振動子の振動位相の間に１８０度
の位相差を与えるときは、流体に脈動の無い平滑な送り
を与えることができる。また振動子を密封することによ
って、ポンプ全体を液体中に浸漬して、その液体をポン
プの送出口から送り出すようにすることなども容易であ
る。

以上実施例について説明したように、本発明のポンプは
圧電振動子で可動壁を振動させることにより、液体また
は気体に送りを与えるもので、特に可動部を極めて小形
軽重に形成しうるから、全体としても小形で簡単、軽量
なポンプを得ることが出来る。かつ振動子に加える電圧
および周波数によって流量の制御を極めて容易で、しか
も正確精密に行いうると共に取り扱いも簡単である。更
に摩耗を生ずる部分等もないから、長寿命であると共に
エネルギの損失も少ないから効率が高く、かつ構造が極
めて簡単で安価に製造し得る等の優れた作用効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の縦断面図、第２図は第１図のＡ
−Ａ断面図、第３図は第１図の一部を拡大した図、第４
図および第５図は本発明の他の実施例における第３図に
相当する部分の断面図、第６図は第１図における振動子
の部分の拡大図、第７図および第８図はそれぞれ本発明
の他の実施例における振動子の部分の縦断面図、第９図
及び第１０図はそれぞれ第７図及び第８図における振動
子の部分の拡大断面図、第１１図、第１２図はそれぞれ
本発明の更に他の実施例における一部の断面図である。 なお図において、１２．１３は逆止弁、４は可動壁を形
成するダイヤフラム、５は圧電振動子である。 特許出願人　　株式会社日本計器製作所手続補正書 昭和６２年５月２７日 １許庁長官　黒　１）明　雄　殿 、事件の表示 昭和６２年特許願第３３６７号 、発明の名称 圧電子ポンプ 、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名称　　株式会社　日本計器製作所 、代理人 東京都世田谷区桜上水５丁目３９番５号１）明細書第１
頁第３行に「圧電子ポンプ」と、るを「圧電式ポンプ」
と訂正する。 ２）同　第１頁「２、特許請求の範囲」の項を１紙のよ
うに訂正する。 「別紙」　　（特願昭６ｌ−００３３６７）［２、特許
請求の範囲

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 流体通路における流体の圧力上昇により閉じて低下によ
   り開放する逆止弁および圧力上昇により開放して低下に
   より閉じる逆止弁を上記通路の流入口と流出口とにそれ
   ぞれ配置すると共に前記流体通路の一部を可動壁で形成
   して、上記可動壁をその壁面と直角な方向へ駆動して前
   記流体通路の容積を振動的に変化させる圧電振動子に該
   可動壁を連結したことを特徴とする圧電子ポンプ