JP3460301B2 - Piezo pump - Google Patents
Piezo pumpInfo
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- JP3460301B2 JP3460301B2 JP09331294A JP9331294A JP3460301B2 JP 3460301 B2 JP3460301 B2 JP 3460301B2 JP 09331294 A JP09331294 A JP 09331294A JP 9331294 A JP9331294 A JP 9331294A JP 3460301 B2 JP3460301 B2 JP 3460301B2
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- piezoelectric
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- Details Of Reciprocating Pumps (AREA)
- Reciprocating Pumps (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、医療機器、産業機器、
理化学機器等に用いられる圧電ポンプに関する。
【0002】
【従来の技術】図1は現在、最も使用されているタイプ
の圧電ポンプの構造を示す縦断面図である。この圧電ポ
ンプは、ケーシング1の内周面に設けた固定用パッキン
7を介して円盤状の圧電振動子(以降、振動子と称す
る)6の外周部を密封支持し、この振動子に交流電圧を
印加して該振動子を振動させることにより、流体を吸込
口2から吸込用チェック弁4を通してポンプ室9内に吸
い込み、このポンプ室9内に吸い込んだ流体を吐出用チ
ェック弁5を通して吐出口3から吐出する構成になって
いる。
【0003】振動子6の表面には電極が露出しているの
で、電気絶縁性を確保するために、また流体から振動子
を保護するために、絶縁層8が形成されている。また、
チェック弁には、ボ−ル弁やダックビル型の弁が用いら
れていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】圧電ポンプは従来のポ
ンプに比べて小型・軽量という特長から多方面への応用
が期待されているが、高粘度の流体の移送、高所への流
体の移送などを可能とするために、特に力のより一層の
向上が強く望まれている。一般に、ポンプ性能は振動子
の性能と非常に密接に関連しており、振動子の性能値で
ある振幅、発生力はポンプの吐出流量、吐出圧力に大き
く影響する。
【0005】振動子の発生力は、直流電圧の印加によっ
て生じる振動子の変位を打ち消すために要する外力の大
きさで定義されるもので、ポンプの吐出圧力の向上を図
るためにはこの発生力を向上させることが有効であると
推察される。振動子の発生力は印加電圧、振動子の厚
さ、圧電セラミック材料の圧電定数に比例するが、圧電
セラミック材料の圧電定数においては従来の材料に対す
る有意な改善は期待できず、また印加電圧の昇圧は振動
子の発生電流の増大につながり駆動中での大きな発熱、
さらには振動子の破損を招く。それゆえ実際的には、ポ
ンプの吐出圧力の向上には厚さを増して発生力を高めた
振動子を用いることが有効な手段となる。しかしなが
ら、従来構造の圧電ポンプにおいては、振動子の厚さを
増しても得られるポンプの吐出圧力はさほど向上せず、
高発生力振動子の使用によるポンプの高吐出圧力化は困
難であった。
【0006】一方、圧電ポンプを商用電源で駆動する
と、従来使用されている弁では圧電振動子の駆動周波数
である50Hzまたは60Hzに追従して開閉動作をし
ていないため、流体漏れを生じ、吐出圧力を低下させて
いることがわかった。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記のような現状に鑑
み、本発明者らは高吐出圧力の圧電ポンプを得るべく鋭
意検討を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
【0008】すなわち、本発明は、圧電振動子の外周部
をその振動子の径にあったパッキンを取り付けたケ−シ
ングで挟みこみ固定し、そのケ−シングの片側に流体吸
込口および流体吐出口を設け、これら各々に吸込用、吐
出用チェック弁を設けてポンプ室を形成してなる圧電ポ
ンプにおいて、圧電振動子を厚さ0.3mm以下の樹脂
膜で被覆してなる圧電ポンプ、圧電振動子の外周部をそ
の振動子の径にあったパッキンを取り付けたケ−シング
で挟みこみ固定し、そのケ−シングの片側に流体吸込口
および流体吐出口を設け、これら各々に吸込用、吐出用
チェック弁を設けてポンプ室を形成してなる圧電ポンプ
において、上記吸込用、吐出用チェック弁に開口圧(正
圧で弁が開く圧力)が、0.01kg/cm2以下、か
つ、耐圧(逆圧に弁が耐えられる圧力)が1kg/cm
2以上の特性を持つ傘型弁を用いたことを特徴とする圧
電ポンプ、および圧電振動子の外周部をその振動子の径
にあったパッキンを取り付けたケ−シングで挟みこみ固
定し、そのケ−シングの片側に流体吸込口および流体吐
出口を設け、これら各々に吸込用、吐出用チェック弁を
設けてポンプ室を形成してなる圧電ポンプにおいて、上
記吸込用、吐出用チェック弁に開口圧(正圧で弁が開く
圧力)が、0.01kg/cm2以下、かつ、耐圧(逆
圧に弁が耐えられる圧力)が1kg/cm2以上の特性
を持つ傘型弁を用い、かつ、傘型弁の中心が圧電振動子
の直径上に存在し、弁の傘部がポンプ室壁面を介して重
なりあっていることを特徴とする圧電ポンプに関する。
【0009】以下に、本発明を詳しく説明する。
【0010】本発明においては、圧電振動子を厚さ0.
3mm以下の樹脂膜で被覆。絶縁することを一つの特徴
としている。この条件を満たすことにより、流体からの
保護、電気絶縁性の確保を果たしながら振動子の発生力
をロスなく流体に伝えて吐出圧力を向上させることが可
能となる。絶縁層が0.3mmよりも厚い場合、振動子
を薄くすることによってポンプの吐出圧力を高めること
は可能であるが、振動子のインピーダンスが低下する
分、駆動中の発熱が大きくなり最終的には振動子の破損
を招くため、本手法によって吐出圧力が向上しうる範囲
は非常に限られたものになる。
【0011】これに対して絶縁層を薄くすることは、振
動子の発生力を効果的にポンプの吐出圧力に反映させる
ものと考えられ、ポンプの高吐出圧力化にとって極めて
有効な手段となる。しかしながら、振動子の電気絶縁性
等を確保するためには絶縁層は確実に形成されていなけ
ればならず、その厚さは0.05mm以上であることが
望ましい。
【0012】絶縁層を形成する材料としては、シリコン
ゴムのような弾性体よりもエポキシ、塩化ビニール、ポ
リイミド等の比較的弾性の低い絶縁性高分子樹脂を用い
るのが望ましい。また、絶縁層の形成法としては、振動
子に樹脂の前駆体(モノマー等)を塗布して熱または光
によって硬化させる方法、あるいは粘着剤を塗布してあ
る樹脂フィルムを貼付する方法などがあげられる。
【0013】本発明においては、高吐出圧の圧電ポンプ
を得るため、吸込用および吐出用チェック弁として、開
口圧(正圧で弁が開く圧力)が、0.01kg/cm2
以下、かつ、耐圧(逆圧に弁が耐えられる圧力)が1k
g/cm2以上の特性を持つ傘型弁を用いることをもう
一つの特徴としている。
【0014】傘型弁の開口圧としては、0.01kg/
cm2以下が望ましい。開口圧が0.01kg/cm2を
こえると、弁が振動子の周波数に追従することができ
ず、ポンプの自吸力、吐出量が低下してしまう。一方、
傘型弁の耐圧としては、1kg/cm2以上が望まし
い。耐圧が1kg/cm2未満であると、流体を長い距
離または高い位置に圧送するとき、圧電ポンプの吐出用
チェック弁にかなりの圧力がかかり漏れを生じ、それに
よって、ポンプの吐出圧力が低下してしまう。
【0015】また、小型の圧電ポンプを製造するために
は、傘型弁の中心が圧電振動子の直径上に存在し、弁の
傘部がポンプ室壁面を介して重なりあっていることが好
ましく、この点も本発明の特徴の一つである。
【0016】本発明の圧電振動子を構成する圧電体とし
ては、セラミックス系、有機系のものが使用でき、具体
的には、セラミックス系ではチタン酸鉛、チタン酸ジル
コン酸鉛等、有機系ではポリフッ化ビニリデン等が挙げ
られる。より好ましくは、誘電率3000以上、電気機
械結合係数Kp50%以上の圧電板を金属板を介してそ
の両側に分極方向を揃えて接着し、直径が20〜80m
m、振動子の厚さが1.0〜25mm、静電容量が15
0〜200nFの特性をもつものがよい。
【0017】ポンプの吐出口はできるだけ固定用パッキ
ンに近いほうが好ましい。望ましくはポンプの吐出口の
外周部の最も固定用パッキンに近い位置を、固定用パッ
キンの内端の0〜5mm以内に取り付けるのがよい。吐
出口の外周部の最も固定用パッキンに近い位置を固定用
パッキンの内端の5mmより遠い位置に設けると、ポン
プ室内を空の状態から駆動したとき、空気が吐出口と固
定用パッキンとの間に溜り、該パッキンから遠ざかるに
従い溜まる空気の量も増え、空気を除去するのも困難と
なることがある。
【0018】
【実施例】次に本発明を実施例により説明する。
【0019】実施例1
Pb、Zr、Ti、Laからなる複合酸化物を焼結して
直径50mm、厚さ0.6mmの円盤状に機械加工を施
し、その両面に電極を焼き付け、分極処理を施して、比
誘電率3900、電気機械結合係数kp60%の圧電特
性を有する円盤状の圧電セラミック板を作製した。この
圧電セラミック板2枚を厚さ0.1mmのリン青銅板を
介して分極方向を揃えて接着し、電気的に2枚の圧電セ
ラミック板が並列になるようにリード線を取り付けて振
動子を得た。得られた振動子を、直径37.5mmのO
リングで固定する治具にセットし、電極面の中心から半
径2mm内の領域を荷重点として発生力を調べた結果、
その値は3.0kgfであった。なお発生力の測定にお
いては振動子に直流200Vを印加した。
【0020】この振動子の全面にエポキシ樹脂の前駆体
を塗布、硬化させて厚さ0.2mmのエポキシ樹脂の絶
縁層を形成した。
【0021】次にこの振動子を用いて図1と同様の構造
の圧電ポンプを組み立てた。すなわち、絶縁層で被覆さ
れた振動子を、外径50mm、内径46mm、厚さ0.
3mmのシリコンゴムからなる固定用パッキンを介し
て、アルミニウムからなる平板ケーシングで挟んだ。こ
こでケーシングには吸込口及び吐出口としてノズルを設
けており、それらのノズルにはダックビル型のチェック
弁をそれぞれに取り付けた。
【0022】実施例2
実施例1において使用した圧電セラミック板のサイズを
直径50mm、厚さ1.0mmに変えて振動子を作製し
た。実施例1と同様の測定方法で発生力を測定した結
果、5kgfであった。この振動子の全面に実施例1と
同様にして厚さ0.2mmのエポキシ樹脂の絶縁層を形
成し、この振動子を用いて実施例1と同様にして圧電ポ
ンプを作製した。
【0023】実施例3
実施例1と同様の振動子の全面にシリコンゴムの前駆体
を塗布し、硬化させて厚さ0.2mmのシリコンゴムの
絶縁層を形成した。次にこの振動子を用いて実施例1と
同様にして圧電ポンプを作製した。
【0024】実施例4
実施例2と同様の振動子の全面に実施例3と同様にして
厚さ0.2mmのシリコンゴムの絶縁層を形成した。次
にこの振動子を用いて実施例1と同様にして圧電ポンプ
を作製した。
【0025】比較例1
実施例1と同様の振動子の全面にシリコンゴムの前駆体
を塗布し、硬化させて厚さ2.0mmのシリコンゴムの
絶縁層を形成した。これを用いて実施例1と同様にして
圧電ポンプを作製した。
【0026】比較例2
実施例2と同様の振動子の全面に比較例1と同様にして
厚さ2.0mmのシリコンゴムの絶縁層を形成した。こ
れを用いて実施例1と同様にして圧電ポンプを作製し
た。
【0027】実施例1〜4、比較例1および2で得た圧
電ポンプに200V、50Hzの商用電源を接続して2
5℃の水を流した時の最大吐出圧力を測定した。結果を
表1に示す。
【0028】
【表1】【0029】実施例5
本実施例で用いた圧電ポンプの構成を図2に示す。圧電
振動子としては、Pb,Zr,Ti,Laからなる複合
酸化物を焼結して機械加工を施した、誘電率3000、
電気機械結合係数Kp62%の圧電素子2枚の両面に電
極を塗布し、リン青銅板を介して分極方向を揃えて貼り
合わせたものに、交流電圧を印加するためのリ−ド線を
取り付け、その表面を電気的に絶縁するためにエポキシ
樹脂をコーティングした。圧電振動子の直径は50mm
φ、厚さ(エポキシ樹脂塗布後)は1.5mmであっ
た。
【0030】ケ−シングには吸込口と吐出口が設けら
れ、それぞれには吸込用傘型弁、吐出用傘型弁を取り付
けた。本実施例では、開口圧が0.005kg/c
m2、耐圧1.1kg/cm2を示す傘型弁を用いた。
【0031】また、ポンプ室と吸込口、吐出口をつなぐ
連通孔としては、直径2mmの孔を弁の中心部から6m
mの位置に8個設けた。
【0032】本発明の圧電ポンプを用いて水を流した場
合のポンプ特性の測定結果を表2に示す。なお、圧電振
動子には、200V、50Hzの交流電圧を印加した。
【0033】比較例3
実施例5の傘型弁のかわりにボ−ル弁を用いた他は、す
べて実施例5と同様に行った。結果を表2に示す。
【0034】比較例4
実施例5の傘型弁のかわりに、開口圧が0.05kg/
cm2である傘型弁を用いた他は、すべて実施例5と同
様に行った。結果を表2に示す。
【0035】
【表2】【0036】実施例6
本実施例で用いた圧電ポンプの構成を図3に示す。この
圧電ポンプは従来の圧電ポンプと比較して非常に小型化
されたものであり、医療機器、産業機器および理化学機
器等への組込(内蔵)用として好適なものである。固定
用パッキンとしては外径25mm、内径21mm、厚さ
300μmのシリコンゴムを使用し、圧電振動子は、P
b,Zr,Ti,Laからなる複合酸化物を焼結して機
械加工を施した、誘電率3900、電気機械結合係数K
p60%の圧電素子2枚の両面に電極を塗布し、リン青
銅板を介して分極方向を揃えて貼り合わせたものに、交
流電圧を印加するためのリ−ド線を取り付けたものから
なる。この圧電振動子にはその表面を電気的に絶縁する
ためにエポキシ樹脂をコーティングした。なお、振動子
の直径は25mmφ、厚さ(エポキシ樹脂塗布後)は
1.0mmであった。ケ−シングには吸込口と吐出口が
設けられ、それぞれには吸込用傘型弁、吐出用傘型弁を
取り付けた。本実施例では、開口圧が0.005kg/
cm2、耐圧1.1kg/cm2を示す傘型弁を用い、弁
の中心が圧電振動子の直径上に存在し、かつ、お互いの
傘部分の一部がポンプ室の隔壁をはさんで重なるように
設置した。
【0037】作成した圧電ポンプのサイズは、35mm
(縦)×35mm(横)×25mm(高さ)と非常に小
型であったにもかかわらず、この圧電ポンプに水を流し
た場合のポンプ特性は、吐出量100ml/分、吐出圧
力0.3kg/cm2であった。なお、圧電振動子に
は、200V、50Hzの交流電圧を印加した。
【0038】
【発明の効果】本発明の圧電ポンプによれば、圧電振動
子の絶縁層を薄くすることによって振動子の発生力がロ
スなく流体に伝わるので、厚さを増して発生力を高めた
振動子を用いることにより、より高い吐出圧力を得るこ
とが可能になる。また、圧電ポンプのチェック弁として
傘型弁を用いることにより、圧電ポンプの小型化も容易
となり、さらに特定の物性を有する傘型弁を用いること
により、圧電振動子の振動数に弁が追従して開閉動作を
するのでポンプ効率を向上することができ、ポンプ特性
である自吸力、吐出量、吐出圧力を上げることができ
る。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to medical equipment, industrial equipment,
The present invention relates to a piezoelectric pump used for a physics and chemistry equipment. 2. Description of the Related Art FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the structure of a piezoelectric pump of the type most used at present. The piezoelectric pump hermetically supports an outer peripheral portion of a disk-shaped piezoelectric vibrator (hereinafter, referred to as a vibrator) 6 via a fixing gasket 7 provided on an inner peripheral surface of the casing 1. Is applied to vibrate the vibrator, whereby fluid is sucked from the suction port 2 through the suction check valve 4 into the pump chamber 9, and the fluid sucked into the pump chamber 9 is discharged through the discharge check valve 5. 3 is discharged. [0003] Since electrodes are exposed on the surface of the vibrator 6, an insulating layer 8 is formed to secure electrical insulation and to protect the vibrator from a fluid. Also,
Ball valves and duckbill type valves have been used as check valves. [0004] Piezoelectric pumps are expected to be applied to various fields because of their small size and light weight as compared with conventional pumps. In order to enable the transfer of a fluid or the like, it is strongly desired to further improve the force, in particular. In general, the pump performance is very closely related to the performance of the vibrator, and the amplitude and the generated force, which are the performance values of the vibrator, greatly affect the discharge flow rate and the discharge pressure of the pump. The force generated by the vibrator is defined by the magnitude of the external force required to cancel the displacement of the vibrator caused by the application of the DC voltage. In order to improve the discharge pressure of the pump, the force generated by the vibrator is required. It is presumed that it is effective to improve The force generated by the vibrator is proportional to the applied voltage, the thickness of the vibrator, and the piezoelectric constant of the piezoelectric ceramic material.However, no significant improvement in the piezoelectric constant of the piezoelectric ceramic material over conventional materials can be expected, and the applied voltage Boosting leads to an increase in the current generated by the vibrator, causing large heat generation during driving.
Further, the vibrator may be damaged. Therefore, in practice, it is effective to use a vibrator whose thickness is increased to increase the generating force in order to improve the discharge pressure of the pump. However, in the piezoelectric pump of the conventional structure, even if the thickness of the vibrator is increased, the obtained discharge pressure of the pump does not increase so much.
It has been difficult to increase the discharge pressure of the pump by using a high-power vibrator. [0006] On the other hand, when the piezoelectric pump is driven by a commercial power supply, the valve used conventionally does not open or close following the driving frequency of 50 Hz or 60 Hz of the piezoelectric vibrator, so that fluid leakage occurs and discharge occurs. It was found that the pressure was reduced. In view of the above situation, the present inventors have conducted intensive studies to obtain a piezoelectric pump having a high discharge pressure, and have completed the present invention. That is, according to the present invention, the outer peripheral portion of the piezoelectric vibrator is sandwiched and fixed by a casing provided with a packing corresponding to the diameter of the vibrator, and a fluid suction port and a fluid discharge port are provided on one side of the casing. In a piezoelectric pump in which outlets are provided and a pump chamber is formed by providing suction and discharge check valves in each of them, a piezoelectric pump in which a piezoelectric vibrator is covered with a resin film having a thickness of 0.3 mm or less, a piezoelectric pump, The outer peripheral portion of the vibrator is sandwiched and fixed by a casing fitted with a packing corresponding to the diameter of the vibrator, and a fluid suction port and a fluid discharge port are provided on one side of the casing. In the piezoelectric pump provided with a discharge check valve to form a pump chamber, the opening pressure (pressure at which the valve opens with a positive pressure) of the suction and discharge check valves is 0.01 kg / cm 2 or less, and Withstand pressure (to reverse pressure Can withstand pressure) 1kg / cm
A piezoelectric pump characterized by using an umbrella type valve having two or more characteristics, and the outer peripheral portion of the piezoelectric vibrator is sandwiched and fixed by a casing fitted with a packing corresponding to the diameter of the vibrator. A fluid suction port and a fluid discharge port are provided on one side of the casing, and a suction and discharge check valve is provided in each of these to form a pump chamber. In the piezoelectric pump, openings are provided in the suction and discharge check valves. An umbrella type valve having a pressure (pressure at which the valve opens with positive pressure) of 0.01 kg / cm 2 or less, and a pressure resistance (pressure at which the valve can withstand reverse pressure) of 1 kg / cm 2 or more, and The present invention relates to a piezoelectric pump, wherein the center of the umbrella type valve is located on the diameter of the piezoelectric vibrator, and the umbrella portions of the valve overlap each other via the pump chamber wall surface. Hereinafter, the present invention will be described in detail. In the present invention, the piezoelectric vibrator has a thickness of 0.1 mm.
Coated with a resin film of 3 mm or less. One feature is that it is insulated. By satisfying this condition, it is possible to improve the discharge pressure by transmitting the generated force of the vibrator to the fluid without loss while protecting the fluid and securing the electrical insulation. When the insulating layer is thicker than 0.3 mm, it is possible to increase the discharge pressure of the pump by making the vibrator thinner, but as the impedance of the vibrator decreases, the heat generated during driving increases and eventually Since this causes damage to the vibrator, the range in which the discharge pressure can be improved by this method is very limited. On the other hand, thinning the insulating layer is considered to effectively reflect the force generated by the vibrator on the discharge pressure of the pump, and is an extremely effective means for increasing the discharge pressure of the pump. However, in order to ensure electrical insulation and the like of the vibrator, the insulating layer must be reliably formed, and its thickness is desirably 0.05 mm or more. As a material for forming the insulating layer, it is desirable to use an insulating polymer resin having relatively low elasticity, such as epoxy, vinyl chloride, or polyimide, rather than an elastic body such as silicon rubber. Examples of the method for forming the insulating layer include a method of applying a resin precursor (monomer or the like) to the vibrator and curing it by heat or light, or a method of attaching a resin film coated with an adhesive. Can be In the present invention, in order to obtain a piezoelectric pump having a high discharge pressure, the opening pressure (pressure at which the valve opens with a positive pressure) as a suction and discharge check valve is 0.01 kg / cm 2.
Below, and withstand pressure (pressure at which the valve can withstand back pressure) is 1k
Another feature is to use an umbrella type valve having characteristics of g / cm 2 or more. The opening pressure of the umbrella type valve is 0.01 kg /
cm 2 or less is desirable. When the opening pressure exceeds 0.01 kg / cm 2 , the valve cannot follow the frequency of the vibrator, and the self-priming force and discharge amount of the pump decrease. on the other hand,
The pressure resistance of the umbrella type valve is desirably 1 kg / cm 2 or more. When the pressure resistance is less than 1 kg / cm 2 , when the fluid is pumped to a long distance or a high position, a considerable pressure is applied to the discharge check valve of the piezoelectric pump to cause a leak, thereby lowering the discharge pressure of the pump. Would. In order to manufacture a small-sized piezoelectric pump, it is preferable that the center of the umbrella type valve is located on the diameter of the piezoelectric vibrator, and the umbrella portions of the valve overlap each other via the wall surface of the pump chamber. This is also one of the features of the present invention. As the piezoelectric material constituting the piezoelectric vibrator of the present invention, a ceramic material or an organic material can be used. Specifically, a ceramic material such as lead titanate and lead zirconate titanate is used. And polyvinylidene fluoride. More preferably, a piezoelectric plate having a dielectric constant of 3000 or more and an electromechanical coupling coefficient Kp of 50% or more is adhered to both sides of the metal plate via a metal plate in the same polarization direction, and has a diameter of 20 to 80 m.
m, the thickness of the vibrator is 1.0 to 25 mm, and the capacitance is 15
Those having characteristics of 0 to 200 nF are preferable. It is preferable that the outlet of the pump is as close as possible to the packing for fixing. Desirably, a position closest to the packing for fixing on the outer peripheral portion of the discharge port of the pump is attached within 0 to 5 mm of the inner end of the packing for fixing. When the position closest to the packing for fixing on the outer peripheral portion of the discharge port is provided at a position farther than 5 mm of the inner end of the packing for fixing, when the pump chamber is driven from an empty state, air is discharged between the discharge port and the packing for fixing. The amount of air that accumulates and accumulates as the distance from the packing increases, and it may be difficult to remove the air. Next, the present invention will be described by way of examples. Example 1 A composite oxide composed of Pb, Zr, Ti, and La was sintered and machined into a disk shape having a diameter of 50 mm and a thickness of 0.6 mm, and electrodes were baked on both surfaces thereof to perform a polarization treatment. Thus, a disk-shaped piezoelectric ceramic plate having a piezoelectric characteristic of a relative dielectric constant of 3900 and an electromechanical coupling coefficient of kp60% was produced. The two piezoelectric ceramic plates are bonded together via a phosphor bronze plate having a thickness of 0.1 mm in the same polarization direction, and a lead wire is attached so that the two piezoelectric ceramic plates are electrically parallel to each other to form a vibrator. Obtained. The obtained vibrator was placed in a 37.5 mm diameter O
As a result of examining the generated force by setting the area within a radius of 2 mm from the center of the electrode surface as a load point,
Its value was 3.0 kgf. In measuring the generated force, DC 200 V was applied to the vibrator. An epoxy resin precursor was applied to the entire surface of the vibrator and cured to form an epoxy resin insulating layer having a thickness of 0.2 mm. Next, a piezoelectric pump having the same structure as that shown in FIG. 1 was assembled using this vibrator. That is, a vibrator covered with an insulating layer was formed by removing an outer diameter of 50 mm, an inner diameter of 46 mm, and a thickness of 0.1 mm.
It was sandwiched by a flat casing made of aluminum via a fixing packing made of 3 mm silicone rubber. Here, the casing was provided with nozzles as a suction port and a discharge port, and a duckbill type check valve was attached to each of the nozzles. Example 2 A vibrator was manufactured by changing the size of the piezoelectric ceramic plate used in Example 1 to 50 mm in diameter and 1.0 mm in thickness. The generated force was measured by the same measuring method as in Example 1 and was found to be 5 kgf. An epoxy resin insulating layer having a thickness of 0.2 mm was formed on the entire surface of the vibrator in the same manner as in Example 1, and a piezoelectric pump was manufactured in the same manner as in Example 1 using this vibrator. Example 3 A silicon rubber precursor was applied to the entire surface of the same vibrator as in Example 1, and was cured to form a 0.2 mm thick silicon rubber insulating layer. Next, a piezoelectric pump was manufactured using this vibrator in the same manner as in Example 1. Example 4 An insulating layer of silicon rubber having a thickness of 0.2 mm was formed on the entire surface of the same vibrator as in Example 2 in the same manner as in Example 3. Next, a piezoelectric pump was manufactured using this vibrator in the same manner as in Example 1. Comparative Example 1 A silicon rubber precursor was applied to the entire surface of the same vibrator as in Example 1 and cured to form a 2.0 mm thick silicon rubber insulating layer. Using this, a piezoelectric pump was produced in the same manner as in Example 1. Comparative Example 2 A 2.0 mm thick silicon rubber insulating layer was formed on the entire surface of the same vibrator as in Example 2 in the same manner as in Comparative Example 1. Using this, a piezoelectric pump was produced in the same manner as in Example 1. The piezoelectric pumps obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were connected to a commercial power supply of 200 V and 50 Hz to
The maximum discharge pressure when flowing 5 ° C. water was measured. Table 1 shows the results. [Table 1] Embodiment 5 FIG. 2 shows the configuration of the piezoelectric pump used in this embodiment. As the piezoelectric vibrator, a composite oxide composed of Pb, Zr, Ti, and La was sintered and machined to obtain a dielectric constant of 3000.
Electrodes are applied to both surfaces of two piezoelectric elements having an electromechanical coupling coefficient Kp of 62%, and a lead wire for applying an AC voltage is attached to the two piezoelectric elements which are bonded together with their polarization directions interposed therebetween via a phosphor bronze plate. An epoxy resin was coated to electrically insulate the surface. The diameter of the piezoelectric vibrator is 50mm
φ and thickness (after epoxy resin application) were 1.5 mm. The casing was provided with a suction port and a discharge port, and a suction umbrella valve and a discharge umbrella valve were attached to each. In this embodiment, the opening pressure is 0.005 kg / c.
An umbrella type valve showing m 2 and a pressure resistance of 1.1 kg / cm 2 was used. As a communication hole connecting the pump chamber with the suction port and the discharge port, a hole having a diameter of 2 mm is formed 6 m from the center of the valve.
8 were provided at the position of m. Table 2 shows the measurement results of pump characteristics when water was flowed using the piezoelectric pump of the present invention. Note that an AC voltage of 200 V and 50 Hz was applied to the piezoelectric vibrator. Comparative Example 3 The procedure of Example 5 was repeated except that a ball valve was used instead of the umbrella-type valve of Example 5. Table 2 shows the results. Comparative Example 4 Instead of the umbrella type valve of Example 5, the opening pressure was 0.05 kg /
Except for using an umbrella-type valve having a size of cm 2 , the same procedure was performed as in Example 5. Table 2 shows the results. [Table 2] Embodiment 6 FIG. 3 shows the configuration of a piezoelectric pump used in this embodiment. This piezoelectric pump is much smaller than a conventional piezoelectric pump, and is suitable for being incorporated (built-in) in medical equipment, industrial equipment, physics and chemistry equipment, and the like. As the fixing packing, silicone rubber having an outer diameter of 25 mm, an inner diameter of 21 mm, and a thickness of 300 μm is used.
b, Zr, Ti, La composite oxide sintered and machined, dielectric constant 3900, electromechanical coupling coefficient K
An electrode is applied to both sides of two piezoelectric elements having a p of 60%, and the electrodes are bonded together through a phosphor bronze plate in the same polarization direction, and a lead wire for applying an AC voltage is attached. This piezoelectric vibrator was coated with an epoxy resin to electrically insulate its surface. The diameter of the vibrator was 25 mmφ, and the thickness (after epoxy resin application) was 1.0 mm. The casing was provided with a suction port and a discharge port, and a suction umbrella valve and a discharge umbrella valve were attached to each. In this embodiment, the opening pressure is 0.005 kg /
cm 2, using an umbrella-type valve showing the breakdown voltage 1.1 kg / cm 2, there center of the valve are on the diameter of the piezoelectric vibrator, and a portion of the umbrella portion of each other across the partition wall of the pump chamber It was set so that it overlapped. The size of the produced piezoelectric pump is 35 mm
Despite its very small size (vertical) × 35 mm (horizontal) × 25 mm (height), the pump characteristics when water is supplied to this piezoelectric pump are as follows: discharge rate 100 ml / min, discharge pressure 0. It was 3 kg / cm 2 . Note that an AC voltage of 200 V and 50 Hz was applied to the piezoelectric vibrator. According to the piezoelectric pump of the present invention, the power generated by the vibrator is transmitted to the fluid without any loss by reducing the thickness of the insulating layer of the piezoelectric vibrator. By using the vibrator which is used, a higher discharge pressure can be obtained. Also, by using an umbrella type valve as a check valve of the piezoelectric pump, the size of the piezoelectric pump can be easily reduced, and by using an umbrella type valve having specific physical properties, the valve follows the frequency of the piezoelectric vibrator. As a result, the pump efficiency can be improved, and the pump characteristics such as self-priming force, discharge amount, and discharge pressure can be increased.
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の圧電ポンプの構造を示す断面図であ
る。
【図2】 本発明の圧電ポンプの構造を示す断面図であ
る。
【図3】 本発明の圧電ポンプの構造を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
1 : ケーシング
2 : 吸込口
3 : 吐出口
4 : 吸込用チェック弁
5 : 吐出用チェック弁
6 : 圧電振動子
7 : 固定用パッキン
8 : 絶縁層
9 : ポンプ室BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a piezoelectric pump according to the present invention. FIG. 2 is a sectional view showing the structure of the piezoelectric pump of the present invention. FIG. 3 is a sectional view showing the structure of the piezoelectric pump of the present invention. [Description of Signs] 1: Casing 2: Suction port 3: Discharge port 4: Suction check valve 5: Discharge check valve 6: Piezoelectric vibrator 7: Fixing packing 8: Insulating layer 9: Pump chamber
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−72479(JP,A) 実開 平3−8679(JP,U) 実開 昭61−41878(JP,U) 実開 昭63−183387(JP,U) 実開 昭64−15789(JP,U) 実開 平4−89871(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F04B 43/00 - 47/14 F04B 53/00 - 53/22 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued from the front page (56) References JP-A-4-72479 (JP, A) JP-A-3-8679 (JP, U) JP-A-61-41878 (JP, U) JP-A-63 183387 (JP, U) Japanese Utility Model Showa 64-15789 (JP, U) Japanese Utility Model Application Hei 4-89871 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) F04B 43/00-47 / 14 F04B 53/00-53/22
Claims (1)
あったパッキンを取り付けたケ−シングで挟みこみ固定
し、そのケ−シングの片側に流体吸込口および流体吐出
口を設け、これら各々に吸込用、吐出用チェック弁を設
けてポンプ室を形成してなる圧電ポンプにおいて、 上記吸込用、吐出用チェック弁に開口圧(正圧で弁が開
く圧力)が、0.01kg/cm2以下、かつ、耐圧
(逆圧に弁が耐えられる圧力)が1kg/cm2以上の
特性を持つ傘型弁を用い、かつ、 傘型弁の中心が圧電振動子の直径上に存在し、弁の傘部
がポンプ室壁面を介して重なりあっていることを特徴と
する圧電ポンプ。(57) [Claims 1] An outer peripheral portion of a piezoelectric vibrator is sandwiched and fixed by a casing fitted with a packing corresponding to the diameter of the vibrator, and a fluid is provided on one side of the casing. In a piezoelectric pump in which a suction port and a fluid discharge port are provided, and a suction and discharge check valve is provided in each of them to form a pump chamber, the opening pressure (valve by positive pressure) is applied to the suction and discharge check valves. opening pressure), 0.01 kg / cm 2 or less, and, using the umbrella valve that withstand (pressure valve in the opposite pressure withstand) has a 1 kg / cm 2 or more characteristics, and the center of the umbrella valve A piezoelectric pump, which is located on the diameter of a piezoelectric vibrator, wherein the umbrella portion of the valve overlaps via the wall of the pump chamber.
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Cited By (1)
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-
1994
- 1994-05-02 JP JP09331294A patent/JP3460301B2/en not_active Expired - Fee Related
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