CN107250538A - 泵组件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种既能减少部件数量又能简化制造工序的泵组件及其制造方法。泵组件(1)具备:泵(2),具备压电元件(4)和与压电元件(4)的动作相对应地喷出流体的喷出机构(5);阀机构(3),安装于泵(2)。在多个金属板(22至37)沿预先设定的层叠方向相层叠的状态下,对该多个金属板(22至37)进行扩散接合从而分别形成喷出机构(5)及阀机构(3),而且它们通过扩散接合相互被固定。
Description
技术领域
本发明涉及一种具备容积式泵和阀机构的泵组件,所述容积式泵通过使泵室内的容积变化而喷出流体,所述阀机构在泵的上游侧的压力上升时限制流过所述泵的流体的流动。
背景技术
作为所述泵组件,已知例如专利文献1记载的微型泵的组合体。
所述组合体具备:泵,具备压电元件和根据该压电元件的动作喷出流体的喷出机构;基板,安装有所述泵;以及垫圈,设置于泵和基板之间。
喷出机构具备:泵主体;泵侧隔膜,其与泵主体之间划分泵室;流入阀,设置于流入通道,该流入通道以与泵室相连接的方式形成在泵主体;以及流出阀,设置于流出通道,该流出通道以与泵室相连接的方式形成在泵主体。
泵侧隔膜与压电元件的动作相对应地振动,以使泵室的容积反复进行增加和减少。
流入阀在所述流入阀的上游侧的压力比泵室内的压力高时打开。流出阀在泵室内的压力比流出阀的下游侧的压力高时打开。
因此,在通过泵侧隔膜的振动从而泵室内的容积增加时流入阀打开,并且流出阀关闭,流体经由流入通道被吸引到泵室内。另一方面,在通过泵侧隔膜的振动从而泵室内的容积减少时流入阀关闭,并且流出阀打开,流体经由流出通道从泵室流出。
如上所述,流入阀及流出阀都在其上游侧的压力比下游侧的压力高时打开,因此在泵的上游侧的压力上升时,流体有可能意外地通过流出通道而流出。
于是,基板具备阀机构,用于限制在流入通道内的压力上升时的流体流动。
具体而言,阀机构具备:阀机构主体,具备连接于流入通道的流入侧连接通道和连接于流出通道的流出侧连接通道;以及阀侧隔膜,设置于所述阀机构主体,用于将流入侧连接通道和流出侧通道相隔开。
在流入侧连接通道内的压力比流出侧连接通道内的压力高时,阀侧隔膜借助该压力差被向关闭流出侧连接通道的方向压入。据此,在泵的上游侧的压力上升时,限制通过流出侧通道的流体流动。
然而,在专利文献1记载的泵组件中,泵通过垫圈安装于阀机构(基板)。垫圈是用于密封泵和阀机构之间的部件,在通过丝网印刷提供未固化的弹性体之后,将未固化的弹性体加热并固化,从而形成该垫圈。
如此,因为专利文献1的泵组件设有垫圈,所以该泵组件的部件数量较多,进而还需要用于在泵和阀机构之间形成垫圈的工序,使得泵组件的制造工序变得非常麻烦。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利公开公报特开2013-117213号
发明内容
本发明的目的在于提供一种既能减少部件数量又能简化制造工序的泵组件及其制造方法。
为了解决上述问题,本发明提供的泵组件,包括:泵,具备压电元件和与所述压电元件的动作相对应地喷出流体的喷出机构;以及阀机构,安装于所述泵,其中,所述喷出机构具备:泵主体;泵侧隔膜,其与所述泵主体之间划分泵室;至少一个流入阀,设置在以与所述泵室相连接的方式形成于所述泵主体的流入通道;以及流出阀,设置在以与所述泵室相连接的方式形成于所述泵主体的流出通道,所述阀机构具备:阀机构主体,具有与所述流入通道相连接的流入侧连接通道和与所述流出通道相连接的流出侧连接通道;以及阀侧隔膜,设置于所述阀机构主体,用于将所述流入侧连接通道和所述流出侧连接通道相隔开,所述流入阀在该流入阀的上游侧的压力比所述泵室内的压力高时打开,所述流出阀在所述泵室内的压力比所述流出阀的下游侧的压力高时打开,在所述流入侧连接通道内的压力比所述流出侧连接通道内的压力高时,所述阀侧隔膜限制通过所述流出侧连接通道的流体流动,所述喷出机构及所述阀机构分别具备在沿预先设定的层叠方向相层叠的状态下彼此被扩散接合的多个金属板,而且,所述喷出机构及所述阀机构通过扩散接合相互被固定。
此外,本发明的泵组件的制造方法包括:准备工序,准备用于形成所述喷出机构及所述阀机构的多个金属板;接合工序,对所述多个金属板进行扩散接合;以及安装工序,将所述压电元件安装在所述喷出机构。
根据本发明,既能减少泵组件的部件数量,又能简化制造工序。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的泵组件的整体结构的立体图。
图2是图1表示的泵组件的俯视图。
图3是沿图2的III-III线剖视图。
图4是表示图2所示的泵组件的动作的剖视图,示出流体流入泵室后的状态。
图5是表示图2所示的泵组件的动作的剖视图,示出流体从泵室流出后的状态。
图6是表示图2所示的泵组件的动作的剖视图,示出通过阀侧隔膜限制了流体流出的状态。
图7是图1的泵组件的分解立体图。
图8是图7的空腔部分的分解立体图。
图9是图7的中间部分的分解立体图。
图10是图7的阀体部分的分解立体图。
图11是将图2的一部分放大表示的剖视图。
图12是表示为了制造第1实施方式所涉及的泵组件可使用的连接金属板的一个例子的俯视图。
图13是表示第1实施方式的变形例的相当于图2的图。
图14是表示第1实施方式的变形例的相当于图2的图。
图15是表示第1实施方式所涉及的泵组件的流量和压力(背压)之间的关系的图表。
图16是表示第1实施方式所涉及的泵组件的流量和频率之间的关系的图表。
图17是为了说明第1实施方式所涉及的泵组件的排气而表示时间和流量之间的关系的图表。
图18是本发明的第2实施方式所涉及的泵组件的中间部分的分解立体图。
图19是本发明的第2实施方式所涉及的泵组件的阀体部分的分解立体图。
图20是将沿图18的XX线的剖视图和沿图19的XX线的剖视图组合起来的图。
图21是沿图18的XXI线的剖视图,其中追加了空腔部分。
图22是表示第1实施方式的流入阀的俯视图。
图23是表示第2实施方式的流入阀的俯视图。
图24是表示从阀侧隔膜侧观察第1实施方式的阀体部分中第14至第16金属板的状态的俯视图。
图25是表示从阀侧隔膜侧观察第2实施方式的阀体部分中第14至第15金属板的状态的俯视图。
图26是表示第2实施方式所涉及的泵组件的流量和压力(背压)之间的关系的图表。
图27是表示第2实施方式所涉及的泵组件的流量和频率之间的关系的图表。
图28是表示第2实施方式所涉及的泵组件中的流入阀的变形例的俯视图。
图29是表示第2实施方式所涉及的泵组件中的流入阀的变形例的俯视图。
图30是表示第2实施方式所涉及的泵组件中的流入阀的变形例的俯视图。
具体实施方式
下面,参照附图,对本发明的实施方式进行说明。以下的实施方式是将本发明具体化的例子,并不用于限定本发明的技术范围。
<第1实施方式(图1至图12)>
参照图1至图3,对本发明的第1实施方式所涉及的泵组件1进行说明。其中,图2是在省略了图1的泵组件1中的压电元件4的状态下的俯视图。
泵组件1具备:喷出流体的泵2;以及在泵2的上游侧的流体压力增加时限制通过泵2的流体流出的阀机构3。
泵2具备压电元件4和与压电元件4的动作相对应地喷出流体的喷出机构5。
喷出机构5具备:泵主体8;泵侧隔膜9,其与泵主体8之间划分泵室S1;流入阀14,设置于四个流入通道(图3中只示出一个)13,该流入通道13以与泵室S1相连接的方式形成于泵主体8;以及流出阀17,设置于流出通道,该流出通道以与泵室S1相连接的方式形成于泵主体8。
泵室S1是俯视呈大致圆形的空间(参照图2)。流出通道16是俯视时与泵室S1的中心相连接的通道。四个流入通道13以泵室S1的中心轴J(参照图3)为中心每隔90°设置一个。流入通道13具有从沿着中心轴J(与后面叙述的金属板22至37的层叠方向平行的轴)俯视泵组件1时配置在泵室S1的内侧的部分、以及俯视时配置在泵室S1的外侧的部分。在俯视时,流出通道16配置于泵室S1的内侧。
泵主体8具备与流入阀14之间封闭流入通道13的流入阀座15和与流出阀17之间封闭流出通道16的流出阀座18。
当流入阀14的上游侧的压力为泵室S1内的压力以下时,该流入阀14与流入阀座15贴紧,关闭流入通道13。另一方面,当流入阀14的上游侧的压力比泵室S1内的压力高时,该流入阀14发生弹性变形从而离开流入阀座15,以使流入通道13敞开。
当泵室S1内的压力为流出阀17的下游侧的压力以下时,流出阀17与流出阀座18贴紧,关闭流出通道16。另一方面,当泵室S1内的压力比流出阀17的下游侧的压力高时,流出阀17发生弹性变形从而离开流出阀座18,以使流出通道16敞开。
阀机构3具备:阀机构主体6,具有与泵2的流入通道13相连接的流入侧连接通道10和与泵2的流出通道16相连接的流出侧连接通道11;以及阀侧隔膜7,设置于阀机构主体6,用于将流入侧连接通道10和流出侧连接通道11相隔开。
阀侧隔膜7与泵侧隔膜9同心地配置,而且,阀侧隔膜7在俯视时配置于泵室S1的内侧(参照图2)。此外,阀侧隔膜7与泵侧隔膜9平行地配置。泵2的流入通道13及流出通道16分别设置于两个隔膜7和9之间。
流入侧连接通道10从泵2的流入通道13起,避开阀侧隔膜7而延伸到该阀侧隔膜7的与泵2相反侧的位置,并在阀机构主体6上的与泵2相反侧的端面开口。
具体而言,流入侧连接通道10具备:分别与泵主体8的四个流入通道13连接的四个被连接部(图3中只示出一个)10d;从各被连接部10d之中最远离中心轴J的一侧端部起与中心轴J平行地延伸的第1伸出部10c;从各外侧配置部10c起向接近中心轴J的方向延伸的第2伸出部10b;以及与四个第2伸出部10b连接的流入部10a。即,从流入部10a流入的流体向四个第2伸出部10b分开流动,经由该第2伸出部10b、第1伸出部10c和被连接部10d而被引导至泵2的流入通道13。
在此,流入侧连接通道10中的被连接部10d的一部分、整个第1伸出部10c及第2伸出部10b的一部分在俯视时配置于泵室S1的外侧,其余部分在俯视时均配置于泵室S1的内侧。
另一方面,流出侧连接通道11从泵2的流出通道16向阀侧隔膜7延伸,并且,沿着该阀侧隔膜7的表面向离开中心轴J的方向延伸,经由阀侧隔膜7的侧方而在阀机构主体6上的与泵2相反侧的端面开口。
具体而言,流出侧连接通道11具备:被连接部11a,连接于泵主体8的流出通道16;第1伸出部11b,从被连接部11a的阀侧隔膜7侧的端部向离开中心轴J的方向延伸;两个第2伸出部(图3中只示出一个)11c,分别连接于第1伸出部11b之中远离中心轴J的一侧端部,并向平行于中心轴J的方向延伸;以及流出部11d,让两个伸出部11c合流。从泵室S1向被连接部11a流出的流体通过第1伸出部11b向两个第2伸出部11c分开流动,并在流出部11d重新合流后流出。另外,在被连接部11a内设有限位件12,该限位件12在流出阀17被打开时将该流出阀17保持在预先设定的开放位置。
在此,流出侧连接通道11中的第1伸出部11b的一部分、整个第2伸出部11c及流出部11d的一部分在俯视时配置于泵室S1的外侧,其余部分在俯视时均配置于泵室S1的内侧。
阀侧隔膜7作为划分流入侧连接通道10的一部分(流入部10a和第2伸出部10b的一部分)的壁面发挥功能,并且,作为划分流出侧连接通道11的一部分(被连接部11a和伸出部11b的一部分)的壁面发挥功能。
此外,阀机构主体6具备阀座38,该阀座38用于让阀侧隔膜7接触从而限制通过流出侧连接通道11的流体流动。
阀侧隔膜7与阀座38隔开间隔地设置。此外,阀侧隔膜7具有弹性,可以在流入侧连接通道10内的压力是比流出侧连接通道11内的压力高的预先设定的基准压力以上时,该阀侧隔膜7发生弹性变形而与阀座38接触。
因此,在流入侧连接通道10内的压力低于所述基准压力时,允许通过流出侧连接通道11的流体流动,另一方面,在流入侧连接通道10内的压力为所述基准压力以上时,限制通过流出侧连接通道11的流体流动。
下面,参照图3至图6,对泵组件1的动作进行说明。
在图3所示的泵组件1停止的状态下,当对压电元件提供交流电时,泵侧隔膜9随着压电元件的动作而振动。
具体而言,如图4所示,当泵侧隔膜9向让泵室S1扩展的方向位移时,由于流入阀14的上游侧的压力成为比泵室S1内的压力高,所以流入阀14打开,而由于泵室S1内的压力成为比流出阀17的下游侧的压力低,所以流出阀17关闭。由此,流体流入(被吸入)到泵室S1的内部。
另一方面,如图5所示,当泵侧隔膜9向让泵室S1缩小的方向位移时,由于流入阀14的上游侧的压力成为比泵室S1内的压力低,所以流入阀14关闭,而由于泵室S1内的压力成为比流出阀17的下游侧的压力高,所以流出阀17打开。由此,流体从泵室S1流出。
在此,由于阀侧隔膜7和阀座38之间形成有间隙,因此,与阀侧隔膜7预先贴紧于阀座38上以便在流出侧连接通道11内的压力变高时打开该阀侧隔膜7的情况不同,能够防止流体流出时的压力损失。
此外,如图6所示,当流入侧连接通道10内的压力达到所述基准压力以上时,阀侧隔膜7发生弹性变形而与阀座38相贴紧,由此限制通过流出侧连接通道11的流体流动。
另外,虽然阀侧隔膜7的两个表面的受压面积被设定为彼此相同,但是在流入侧连接通道10内的压力达到所述基准压力以上时,阀侧隔膜7肯定会弹性变形。其原因在于,由于流入侧连接通道10本身的压力损失以及流入阀14和流出阀17打开时产生的压力损失,在流入侧连接通道10和流出侧连接通道11之间产生相当于所述基准压力的压力差。并且,由于阀座38的开口面积被设定为比阀侧隔膜7的流入侧连接通道10侧的受压面积小,因此在阀侧隔膜7与阀座38相贴紧的状态下,根据阀侧隔膜7的流入侧和流出侧之间的受压面积的差会产生将该阀侧隔膜7向阀座38按压的力。
如图3所示,在多个金属板22至37沿着与中心轴J平行的层叠方向相层叠的状态下,通过对该多个金属板22至37进行扩散接合从而分别形成泵组件1的喷出机构5及阀机构3,而且,它们通过扩散接合彼此被固定。
具体而言,喷出机构5由金属板22至28形成,阀机构3由金属板29至37形成。
参照图3及图8,第1金属板22具备沿层叠方向贯穿该第1金属板22的圆形的贯通孔22a、以及从贯通孔22a向该贯通孔22a的径向外侧扩展的四个扩张部22b。
贯通孔22a界定第2金属板23上的泵侧隔膜9的可动区域。此外,在贯通孔22a内配置有压电元件4(参照图3)。
扩展部22b是用于将压电元件4和电源相连接的部分。具体而言,如图11所示,在第2金属板23的表面(与泵室S1相反侧的面)上通过绝缘层23a形成有被连接层23b。设置于压电元件4的第1连接部4a与被连接层23b电连接,并且,在压电元件4的与第1连接部4a相反侧的面上设有第2连接部4b。扩展部22b在压电元件4的侧方位置使被连接层23b暴露。因此,可以将电源(省略附图标记)的一极连接于被连接层23b,并将电源的另一极连接于第2连接部4b。
再参照图3及图8,第2金属板(泵侧隔膜用金属板)23包含泵侧隔膜9。
第3金属板(泵室用金属板)24具有用于界定泵室S1的贯通孔(泵室用孔)24a。
参照图3及图9,第4金属板25具备用于形成流入通道13的一部分的四个贯通孔25a和用于形成流出通道16的一部分的贯通孔25b。各贯通孔25a形成用于让流入阀14向泵室侧弹性变形的空间。
第5金属板26包含上述的四个流入阀14,并且具备用于形成流出通道16的一部分的贯通孔26a。
第6金属板27具备用于形成流出通道16的一部分的贯通孔27a。此外,第6金属板27的一面上形成有上述的四个流入阀座15,并且在第6金属板27的另一面上形成有上述的流出阀座18(图9中省略)。此外,在第6金属板27的流入阀座15内设有用于形成流入通道13的一部分的贯通孔(省略附图标记)。
第7金属板28具备用于形成流入通道13的一部分的四个贯通孔28a和用于形成流出通道16的一部分的贯通孔28b。在第7金属板28的贯通孔28b内设有上述的流出阀17。流出阀17具备用于封闭流出通道16的封闭部(省略附图标记)、以及用于将封闭部和第7金属板28之中封闭部以外的部分相连接的臂(省略附图标记)(具有与图28中所示的流入阀50A大致相同的形状)。
第8金属板29具备用于形成流入侧连接通道10的被连接部10d的一部分的四个贯通孔29a、用于形成流出侧连接通道11的被连接部11a的一部分的贯通孔29b以及用于形成流出侧连接通道11的第1伸出部11b的一部分的贯通孔29c。
第9金属板30具备用于形成流入侧连接通道10的第1伸出部10c的一部分的四个贯通孔30a、用于形成流出侧连接通道11的被连接部11a的一部分的贯通孔30b以及用于形成流出侧连接通道11的第1伸出部11b的一部分的贯通孔30c。此外,在第9金属板30的贯通孔30b内设有限位件12。
第10金属板31具备用于形成流入侧连接通道10的第1伸出部10c的一部分的四个贯通孔31a、用于形成流出侧连接通道11的被连接部11a的一部分的贯通孔31b以及用于形成流出侧连接通道11的第1伸出部11b的一部分的贯通孔31c。此外,第10金属板31相当于阀座用金属板,具备设置于贯通孔31b的周缘部的阀座38(图9中省略)。
参照图3及图10,第11金属板32具备用于形成流入侧连接通道10的第1伸出部10c的一部分的四个贯通孔32a、用于形成流出侧连接通道11的第1伸出部11b的一部分的贯通孔32b以及用于形成流出侧连接通道11的第2伸出部11c的一部分的两个贯通孔32c。此外,第11金属板32相当于流出侧界定用金属板,其具备用于界定第12金属板33上的阀侧隔膜7向流出侧连接通道11侧的可动区域的贯通孔32b。进一步,第11金属板32相当于间隙用金属板,其具备沿层叠方向贯穿该第11金属板32的贯通孔(间隙用孔)32b,用于在阀侧隔膜7和阀座38之间形成间隙。另外,在俯视时,四个贯通孔32a配置于泵室S1的外侧(参照图2)。
第12金属板(阀侧隔膜用金属板)33包含阀侧隔膜7。此外,第12金属板33具备用于形成流入侧连接通道10的第1伸出部10c的一部分的四个贯通孔33a和用于形成流出侧连接通道11的第2伸出部11c的一部分的两个贯通孔33b。
第13金属板(流入侧界定用金属板)34具备用于形成流入侧连接通道10的第1伸出部10c的一部分的四个贯通孔34a、用于形成流入侧连接通道10的流入部10a和第2伸出部10b的一部分的贯通孔34b、以及用于形成流出侧连接通道11的第2伸出部11c的一部分的两个贯通孔34c。贯通孔34b相当于流入侧界定孔,用于界定第12金属板33上的阀侧隔膜7向流入侧连接通道10侧的可动区域。
第14金属板35具备用于形成流入侧连接通道10的第1伸出部10c的一部分的四个贯通孔35a、用于形成流入侧连接通道10的流入部10a和第2伸出部10b的一部分的贯通孔35b以及用于形成流出侧连接通道11的流出部11d的一部分的贯通孔35c。
第15金属板36具备用于形成流入侧连接通道10的流入部10a的一部分的贯通孔36a和用于形成流出侧连接通道11的流出部11d的一部分的贯通孔36c。
第16金属板37具备用于形成流入侧连接通道10的流入部10a的一部分的贯通孔37a和用于形成流出侧连接通道11的流出部11d的一部分的贯通孔37b。
另外,在图8至图10中虽然示意了第1至第16金属板22至37分别为一张的情况,但是对于表面形状和背面形状相同的金属板而言,也可以层叠使用多张该金属板。例如,在图3中,示出了使用多张第8金属板28及第9金属板29等的例子。也可以使用多张其它金属板。另一方面,也可以使用预先具有较大厚度的金属板,但是,此时金属板的表面粗糙度变大,不利于扩散接合。因此,如上所述,优选使用多张较薄的金属板来增加金属板的厚度。
参照图2及图3,如上所述,在沿层叠方向(中心轴J)俯视泵组件1时,阀侧隔膜7设置于泵侧隔膜9的内侧。即,在俯视时,第11金属板32的贯通孔(流出侧界定孔:参照图10)32b和第13金属板34的贯通孔(流入侧界定孔:参照图10)34b配置于第3金属板24的贯通孔(泵室用孔:参照图8)24a的内侧。因此,在俯视时,流入侧连接通道10及流出侧连接通道11在两个隔膜7和9之间具有配置于泵侧隔膜9的内侧的部分(流入侧连接通道10的被连接部10d和流出侧连接通道11的被连接部11a以及第1伸出部11b的一部分。以下也称为内侧配置部)。
在此,当进行扩散接合时,需要沿着层叠方向对所层叠的多个金属板施加压力,但是不能有效地对与金属板的泵侧隔膜9(泵室S1:空间)相重叠的部分施加压力,难以通过扩散接合形成两个连接通道10和11的内侧配置部。
于是,如图3及图7所示,可以将泵组件1具备的空腔部分19、阀体部分21以及位于空腔部分19和阀体部分21之间的中间部分20分开来制造,其中,空腔部分19包含第1至第3金属板22至24,阀体部分21包含第11至第16金属板32至37。
下面,对泵组件1的制造方法进行说明。
首先,准备图3及图8至图10所示的金属板25至37(准备工序)。
具体而言,在准备工序中准备作为接近金属板的第11金属板32,该接近金属板是用于界定阀侧隔膜7的可动区域的第11金属板32及第13金属板34之中配置于泵室S1(第3金属板24)附近的金属板,如图10所示,所述第11金属板32除了贯通孔32b之外,仅具备多个贯通孔(通道形成用孔)32a、32c,以便形成流入侧连接通道10及流出侧连接通道11。
此外,在准备工序中准备第10金属板(邻接金属板)31,如图9所示,该第10金属板31具备贯通孔(连通孔)31a,该贯通孔31a具有能够与多个贯通孔32a、32c之中的贯通孔(第1通道形成用孔)32a的周缘部相贴紧的周缘部。
接着,对金属板25至37进行扩散接合(接合工序)。
具体而言,如图7所示,接合工序包含:对金属板25至37之中被包含在中间部分20的金属板进行扩散接合的中间接合工序(第1接合工序);对被包含在空腔部分19的金属板进行扩散接合的空腔接合工序;对被包含在阀体部分21的金属板进行扩散接合的阀体接合工序;以及将空腔部分19、阀体部分21和中间部分20相接合的整体接合工序(第2接合工序)。
在中间接合工序中,如图3及图9所示,与空腔部分19及阀体部分21分开地对中间部分20进行扩散接合。因此,通过扩散接合能够可靠地形成中间部分20中所形成的两个连接通道10和11之中俯视时与泵室S1及贯通孔32b和34b相重叠的部分。
在空腔接合工序中,如图3及图8所示,将第1至第3金属板22至24相接合。另外,也可以省略空腔接合工序,并在后面叙述的整体接合工序中将第1至第3金属板22至24接合到空腔部分19。
在阀体接合工序中,如图3及图10所示,对第11至第16金属板32至37进行扩散接合。
另外,中间接合工序、空腔接合工序及阀体接合工序的顺序并不限定于上述顺序。
接着,在整体接合工序中,对空腔部分19、中间部分20和阀体部分21进行扩散接合。
具体而言,在整体接合工序中,如图2、图3及图7所示,在阀座38和第11金属板(间隙用金属板)32的贯通孔(间隙用孔)32b沿层叠方向相层叠,并且第11金属板32被夹在第12金属板33和第10金属板(阀座用金属板)31之间的状态下,进行扩散接合。由此,在阀座38和阀侧隔膜7之间形成间隙。
此外,在整体接合工序中,在俯视时第11金属板32的贯通孔(流出侧界定孔)32b和第13金属板34的贯通孔(流入侧界定孔)34b被配置于第3金属板24的贯通孔(泵室用孔)24a的内侧的状态下,进行扩散接合。由此,在俯视时,阀侧隔膜7被配置于泵侧隔膜9的内侧,能够在与层叠方向正交的方向上紧凑地形成泵组件1。
进一步,在整体接合工序中,在俯视时第11金属板32的贯通孔(通道形成用孔)32a和32c被配置于第3金属板24的贯通孔24a的外侧的状态(图2的状态)下,对中间部分20和阀体部分21进行扩散接合。由此,在进行整体接合工序时能够将对金属板22至37施加的压力通过第3金属板24的贯通孔24a的外侧部分传递到其它金属板。因此,在贯通孔32c的周围部分,能够对第11金属板32和第10金属板31进行扩散接合。
另一方面,在本实施方式中,如图2所示,形成在第1金属板32的扩展部22b设置于俯视时与贯通孔32a相重叠的位置,因为该扩展部22b内存在空间,在进行整体接合工序时难以将对金属板22至37施加的压力有效地传递到贯通孔32a的周围(压力被传递到图2的交叉斜线部分)。
于是,如图3、图7及图9所示,在整体接合工序中,在让第11金属板32的贯通孔32a的周缘部和第10金属板31的贯通孔31a的周缘部相贴紧的状态下,对第10金属板31和第11金属板32进行扩散接合。这样,即使在如上所述的难以充分传递压力的情况下,也能通过使两个周缘部相贴紧来抑制流体从贯通孔32a和贯通孔31a之间漏出。
在进行整体扩散接合之后再进行层形成工序,在该层形成工序中,如图11所示,在第2金属板23的与泵室S1相反侧的面上通过绝缘层23a形成被连接层23b。在层形成工序中,从第1金属板22的贯通孔22a内的范围到扩展部22b内的范围形成绝缘层23a和被连接层23b。
接着,在压电元件4的第1连接部4a与被连接层23b电连接的状态下,进行将压电元件4安装到第2金属板23的安装工序。
另外,虽然在图7至图10中说明了用于制造一个泵组件1的方法,但是如果采用下述方法,能够高效率地制造多个泵组件1。
具体而言,在准备工序中,如图12所示,准备将各金属板22至37分别连接多个而成的连接金属板39(图12中仅示出连接多个第1金属板22而成的连接金属板39)。
接着,在接合工序中,对各连接金属板39之间进行扩散接合。由此形成多个由喷出机构5和阀机构3构成的结合体。另外,接合工序可以包括如上所述的中间接合工序、空腔接合工序和阀体接合工序。
在接合工序之后,进行从连接金属板39切割分开所述结合体的切割分开工序。
然后,在安装工序中,将压电元件4安装到第2金属板23。另外,也可以在切割分开工序之前进行安装工序。
这样,不需多次进行接合工序,就能够制造多个泵组件1,可以进一步提高泵组件1的制造效率。
如上所述,通过对多个金属板22至37进行扩散接合从而分别形成喷出机构5及阀机构3,并且,通过扩散接合将两个机构3和5相互固定。因此,可以省略用于分别形成喷出机构5及阀机构3的粘接工序等,而且,不像以往那样需要将垫圈形成在喷出机构和阀机构之间。
此外,通过第1实施方式,能够获得如下效果。
在流入侧连接通道10内的压力比阀侧隔膜7变形时的压力低时(即,在流入侧连接通道10内没有产生异常的压力时)流出侧连接通道11敞开,借此防止流体喷出时的压力损失从而能够实现稳定的流体喷出。
在俯视时,阀侧隔膜7设置于泵侧隔膜9的内侧,因此能够在与层叠方向正交的方向上紧凑地构成泵组件1,可以提高该泵组件1的布置自由度。
如图7所示,通过将多个金属板22至37之中层叠于第11金属板(接近金属板)32和第2金属板(泵室用金属板)23之间的中间部分20与其它部分分开地进行扩散接合,从而能够在中间部分20可靠地形成内侧配置部。
进一步,如图2所示,在俯视时第11金属板32的贯通孔(通道形成用孔)32a和32c被配置于第2金属板24的贯通孔(泵室用孔)24a的外侧,因此,通过对多个金属板22至37中的所有金属板进行扩散接合,即使存在具有贯通孔24a的第2金属板24也能够对贯通孔32c的周围部分施加压力。
因此,能够提供一种适当地形成流入侧连接通道10及流出侧连接通道11的泵组件1。
如图9及图10所示,在让第11金属板32的贯通孔(第1通道形成用孔)32a的周缘部和第10金属板(邻接金属板)31的贯通孔(连通孔)31a的周缘部相贴紧的状态下,对两个金属板31和32进行扩散接合。由此,如图2所示,即便使用了在与贯通孔32a相重叠的位置上设有孔的其它金属板,也能够通过上述贴紧来抑制流体从贯通孔31a和32a的连接部分漏出。
由于能够通过第2金属板23的绝缘层23a防止电流向泵室S1内的流体流动,因此可以将泵组件1适用于流体中的电流流动受到限制的用途(例如,医疗用药液注入泵)。
在上述实施方式中,如图2所示,在俯视时与第11金属板32的贯通孔32a相重叠的位置上形成有第1金属板22的扩展部22b,但是扩展部22b的位置并不限定于此。
如图13所示,扩展部22b也可以形成在从贯通孔32a偏离的位置。
这样,如图13的交叉斜线所示,在进行整体接合工序时,也可以在贯通孔32a的周围部分可靠地将第10金属板31和第11金属板32相连接。
此外,当允许来自电源的电流向泵室S1内的流体流动时,如图14所示,也可以省略扩展部22b。
在此情况下,可以将压电元件4的第1连接部4a(参照图11)直接电连接于第2金属板23。在此状态下,通过将电源的一极电连接于喷出机构5或阀机构3的一部分,并将电源的另一极电连接于压电元件4的第2连接部4b,由此能够驱动泵组件1。
<第2实施方式>
首先,对上述的第1实施方式所涉及的泵组件1的流量精度进行说明。
图15是表示第1实施方式的泵组件1的流量和压力(背压)之间的关系的图表。其中,压力(背压)是流出阀17的下游侧的压力。在图15中,用圆点表示利用100Hz的矩形波(最高电压为+240V,最低电压为-60v)时的特性,在图15中,上方的虚线表示在相同条件下的泵组件的理想结构特性。此外,在图15中,用三角形表示利用50Hz的矩形波(最高电压为+240V,最低电压为-60v)时的特性,在图15中,下方的虚线表示在相同条件下的泵组件1的理想结构特性。
如图15所示,在中间压力区域(约5Kpa至约100Kpa),第1实施方式的泵组件1的流量特性低于理想特性,不呈线性特性。
下面,对这一点进行讨论。
在第1实施方式中,流出阀17在俯视时被配置于泵室S1的中心(中心轴J上)(参照图3),并且,在俯视时相对于通过泵室S1的中心的直线在线对称的位置上配置有四个流入阀14(参照图9)。据此,能够使流体从流出阀17周围的多个部位均匀地向该流出阀17流动,因此能够减少流体在泵室S1内的滞留。
另一方面,由于流入阀14(参照图3)利用第5金属板26的刚性来封闭流入通道13,即使流入阀14处于关闭状态,也会发生通过流入通道的微少的泄漏。在第1实施方式设有四个流入阀14,可以推测通过该流入阀14的累计流体泄漏量增加,导致流量精度的降低。如图15所示,在压力(背压)高的情况(对流入阀14施加朝向关闭方向的力的情况)下,流量特性接近理想特性,这是因为流入阀14的关闭状态在高压时较稳定。
在第2实施方式所涉及的泵组件中,将流入阀50(参照图18)减少到两个,以便抑制流体在泵室S1内的滞留,并且改善相对于压力(背压)的流量特性,详细内容将在后面叙述。
此外,图16是表示第1实施方式的泵组件的流量和频率之间的关系的图表。在图15中,实线表示第1实施方式的泵组件1使用矩形波(最高电压为+240V,最低电压为-60v)时的流量。在图15中,虚线表示在相同条件下的泵组件的理想结构特性。
如图16所示,在约90Hz至150Hz的区域,第1实施方式的泵组件1的流量特性低于理想特性,不呈线性特性。
其原因在于,如图22所示,第1实施方式的流入阀14的全长L1较长,即弹簧常数较小。具体而言,流入阀14具备:用于封闭流入通道13的封闭部14a;及以使封闭部14a可在封闭流入通道13的状态和敞开流入通道13的状态之间位移的方式支撑该封闭部14a的臂14b。而且,在流入部14中,与封闭部14a相比,臂14b被形成为较长,因此该臂14b的弹簧常数较小。因此,在泵侧隔膜9的频率较高时,难以使封闭部14a追随该泵侧隔膜9。
在第2实施方式所涉及的泵组件中,通过提高弹簧常数,比如在图23所示的例子中将流入阀50的全长L2设为比流入阀14的全长L1短,从而改善上述的相对于频率的流量特性,详细内容将在后面叙述。
图17表示在利用第1实施方式所涉及的泵组件1喷出液体的期间,故意让泵组件1吸引空气时的流量变化。在图17中,在期间t1的开始时期和期间t2的开始时期吸引了空气。当吸引了空气时,随着泵侧隔膜9的振动而空气发生膨胀及收缩,因此不能喷出符合泵室S1的容积变化的液体流量。该现象表现为在期间t1及期间t2流量降低。由于在期间t1和t3的结束时期恢复流量,因此可以推测空气已从泵组件1流出。其中,期间t1大约1个小时,期间t3大约3个小时。
如此,空气排出需要较长时间的原因在于,如图24所示,由于从贯通孔37a(流入部10a:参照图3)到贯通孔35a(第1伸出部10c:参照图3)的流体通道的截面面积急剧变化,使得该通道内的流速分布不均匀而导致。
具体而言,在第1实施方式中,在贯通孔37a的上部存在贯通孔35b,该贯通孔35b大于贯通孔37a,用于界定阀侧隔膜7的可动区域。因此,在贯通孔35b内,沿着连接贯通孔37a和贯通孔35a的直线的流体流速最高,在这些直线之间的用斜线表示的区域R1的流速较低。因此,空气会滞留在该区域R1中。
在第2实施方式所涉及的泵组件中,如图25所示,通过减少在贯通孔76b和贯通孔73a、74a之间的流体截面面积的变化来改善流量特性,其中,所述贯通孔76b用于将流体流入贯通孔73b,该贯通孔73b用于界定阀侧隔膜47的可动区域,所述贯通孔73a、74a用于使流体从贯通孔73b流出,详细内容将在后面叙述。
下面,参照图18至图20,对第2实施方式所涉及的泵组件进行说明。另外,第2实施方式所涉及的泵组件中的压电元件4及空腔部19具有与第1实施方式同样的结构,因此这些部分只在图21中示出,并省略说明。
图18是分解表示第2实施方式所涉及的泵组件的中间部分60的立体图。图19是分解表示第2实施方式所涉及的泵组件的阀体部分61的立体图。图20是将沿图18的XX线的剖视图和沿图19的XX线的剖视图组合起来的图。图21是沿图18的XXI线的剖视图。
首先,参照图20及图21,泵组件具备:喷出流体的泵42;以及在泵42的上游侧的流体压力增加时限制通过泵42的流体流出的阀机构43。
泵42具备压电元件4和与压电元件4的动作相对应地喷出流体的喷出机构45。
喷出机构45具备:泵主体48;泵侧隔膜49,其与泵主体48之间划分泵室S1;两个流入阀50,设置于两个流入通道56,该流入通道56以与泵室S1相连接的方式形成于泵主体48;以及流出阀51,设置于流出通道58,该流出通道58以与泵室S1相连接的方式形成在泵主体48。
泵室S1是俯视呈大致圆形的空间(图中省略)。流出通道58是俯视时与泵室S1的中心(中心轴J上)相连接的通道。两个流入通道56设置在相对于通过泵室S1的中心轴J的直线成为线对称的位置(即,以中心轴J为中心错开180°的位置)。
随之,流出阀51在俯视时被配置于泵室S1的中心,并且,在俯视时相对于通过泵室S1的中心轴J的直线成为线对称的位置上只设置有两个流入阀50。
据此,能够使流体从流出阀51周围的多个部位均匀地向该流出阀51流动,因此能够减少流体在泵室S1内的滞留于,并且,通过将流入阀50的数量减少到两个,能够将通过关闭状态的流入阀50的累计泄漏量抑制到最小程度。
此外,从沿着中心轴J(后面叙述的金属板65至76的层叠方向)俯视泵组件时,流入通道56及流出通道58配置在泵室S1的内侧。
泵主体48具备与流入阀50之间封闭流入通道56的流入阀座57和与流出阀51之间封闭流出通道58的流出阀座59。
当流入阀50的上游侧的压力为泵室S1内的压力以下时,该流入阀50与流入阀座57贴紧,关闭流入通道56。另一方面,当流入阀50的上游侧的压力比泵室S1内的压力高时,该流入阀50发生弹性变形从而离开流入阀座57,以使流入通道56敞开。
当泵室S1内的压力为流出阀51的下游侧的压力以下时,流出阀51与流出阀座59贴紧,关闭流出通道58。另一方面,当泵室S1内的压力比流出阀51的下游侧的压力高时,流出阀51发生弹性变形从而离开流出阀座59,以使流出通道58敞开。
此外,如图23所示,流出阀51具备:用于封闭流入通道56的(用于与流入阀座57贴紧的)封闭部50a;及以使封闭部50a可在封闭流入通道56的状态和敞开流入通道56的状态之间位移的方式支撑该封闭部50a的臂50b。如图22所示,从流出阀51中的臂50b的末端部到封闭部50a的顶端部的长度L2比从第1实施方式的流出阀14中的臂14b的末端部到封闭部14a的顶端部的长度L1短。在此,由于第1实施方式的封闭部14a和第2实施方式的封闭部50a具有大致相同的大小,因此长度L1和长度L2的差异大致与臂14b的长度和臂50b的长度之间的差异相一致。
由此,与第1实施方式的流出阀14相比较,可以提高流出阀51(特别是臂50b)的弹簧常数,因此能够提高在泵侧隔膜49的频率增加时的封闭部50a的追随性。
阀机构43具备:阀机构主体46,具备与泵42的流入通道56相连接的流入侧连接通道52和与泵42的流出通道58相连接的流出侧连接通道53;以及阀侧隔膜47,设置于阀机构主体46,用于将流入侧连接通道52和流出侧连接通道53相隔开。
阀侧隔膜47与泵侧隔膜49同心地配置,而且,阀侧隔膜47在俯视时配置于泵室S1的内侧(图中省略)。此外,阀侧隔膜47与泵侧隔膜49平行地配置。泵42的流入通道56及流出通道58分别设置于两个隔膜47和49之间。
流入侧连接通道52从泵42的流入通道56起,避开阀侧隔膜47而延伸到该阀侧隔膜47的与泵42相反侧的位置,并在阀机构主体46上的与泵42相反侧的端面开口。
具体而言,流入侧连接通道52具备:被连接部52d,与泵主体48的两个流入通道56都连接,并使两个通道56合流(参照图18的第8及第9金属板69、70);第1伸出部52c,从被连接部52d之中最远离中心轴J的端部(图18的金属板70的角部)起,与中心轴J平行地延伸;第2伸出部52b,从第1伸出部52c向与中心轴J正交的方向延伸;以及流入部52a,从第2伸出部52的端部起,与中心轴J平行地延伸。第1伸出部52c和流入部52a分别配置在图19所示的金属板73至76的对角线上的相反侧的位置。而且,如图20所示,从流入部52a流入的流体通过第2伸出部52b向与中心轴J正交的方向流动,然后通过第1伸出部52c向与中心轴J平行的方向流动,并由被连接部52d(参照图18)分支为两条流路,被引导至泵42的两个流入通道56。
在此,流入侧连接通道52中的被连接部52d的一部分、整个第1伸出部52c、第2伸出部52b的一部分和整个流入部52a在俯视时配置于泵室S1的外侧,其余部分在俯视时配置于泵室S1的内侧。
另一方面,如图20所示,流出侧连接通道53从泵42的流入通道56向阀侧隔膜47延伸,并且,沿着阀侧隔膜7的表面向离开中心轴J的方向延伸,并与中心轴J平行地返回到泵侧隔膜49侧,然后向与中心轴J正交的方向延伸,经由阀侧隔膜47的侧方而在阀机构主体46上的与泵42相反侧的端面开口。
具体而言,流出侧连接通道53具备:被连接部53a,连接于泵主体48的流出通道58;第1伸出部53b,从被连接部53a的阀侧隔膜47侧的端部向离开中心轴J的方向延伸;第2伸出部53c,沿与中心轴J平行的方向,从第1伸出部53b的远离中心轴J的一侧端部向泵侧隔膜49延伸;第3伸出部53d,从第2伸出部53c的泵侧隔膜49侧的端部向与中心轴J正交的方向延伸(参照图18的金属板70);以及流出部53e,从第3伸出部53d的远离中心轴J的一侧端部起,与中心轴J平行地延伸(参照图18的金属板71及72)。从泵室S1向被连接部53a流出的流体通过伸出部53b至53d被引导至阀侧隔膜47的侧方,并通过流出部53e流出。另外,在被连接部53a内设有限位件54,该限位件54在流出阀51被打开时将该流出阀51保持在预先设定的开放位置。
在此,流出侧连接通道53中的第3伸出部53d的一部分和整个流出部53e在俯视时配置于泵室S1的外侧,其余部分在俯视时配置于泵室S1的内侧。
阀侧隔膜47作为划分流入侧连接通道52的一部分(流入部52a和第2伸出部52b的一部分)的壁面发挥功能,并且,作为划分流出侧连接通道53的一部分(被连接部53a和第1伸出部53b的一部分)的壁面发挥功能。
此外,阀机构主体46具备阀座55,该阀座55用于让阀侧隔膜47接触从而限制通过流出侧连接通道53的流体流动。
阀侧隔膜47与阀座55隔开间隔地设置。此外,阀侧隔膜47具有弹性,可以在流入侧连接通道52内的压力是比流出侧连接通道53内的压力高的预先设定的基准压力以上时,该阀侧隔膜47发生弹性变形而与阀座55接触。
因此,在流入侧连接通道52内的压力低于所述基准压力时,允许通过流出侧连接通道52的流体流动,另一方面,在流入侧连接通道52内的压力为所述基准压力以上时,限制通过流出侧连接通道52的流体流动。
下面,参照图20至图21,对泵组件的动作进行说明。
在对压电元件提供交流电时,泵侧隔膜49随着压电元件的动作而振动。
当泵侧隔膜49向让泵室S1扩展的方向位移时,流入阀50打开,而流出阀51关闭。由此,流体流入(被吸入)到泵室S1的内部。
另一方面,当泵侧隔膜49向让泵室S1缩小的方向位移时,流入阀50关闭,而流出阀51打开。由此,流体从泵室S1流出。
当流入侧连接通道52内的压力达到所述基准压力以上时,阀侧隔膜47发生弹性变形而与阀座55相贴紧,由此限制通过流出侧连接通道53的流体流动。
如图18及图19所示,在多个金属板65至76(包含图8的金属板22至24)沿着与中心轴J平行的层叠方向相层叠的状态下,通过对该多个金属板65至76进行扩散接合从而分别形成泵组件的喷出机构45及阀机构43,而且,它们通过扩散接合彼此被固定。
具体而言,喷出机构45由金属板22至24(参照图8)及金属板65至68形成,阀机构43由金属板69至76形成。另外,由于金属板22至24与第1实施方式同样,故省略说明。
参照图18及图21,第4金属板65具备用于形成流入通道56的一部分的两个贯通孔65a和用于形成流出通道58的一部分的贯通孔65b。贯通孔65a形成用于让流入阀51向泵室侧弹性变形的空间。
第5金属板66包含上述的两个流入阀50,并且具有用于形成流出通道58的一部分的贯通孔66a。
第6金属板67具备用于形成流出通道58的一部分的贯通孔67a。此外,第6金属板67的一面上形成有上述的两个流入阀座57,并且在第6金属板67的另一面上形成有流出阀座59(图18中省略)。此外,在第6金属板67的流入阀座57内设有用于形成流入通道56的一部分的贯通孔(省略附图标记)。
第7金属板68具备用于形成流入通道56的一部分的两个贯通孔68a和用于形成流出通道58的一部分的贯通孔68b。在第7金属板68的贯通孔68b内设有上述的流出阀51。流出阀51具备用于封闭流出通道58的封闭部(省略附图标记)、以及用于将封闭部和第7金属板68之中封闭部以外的部分相连接的臂(省略附图标记)(具有与图28中所示的流入阀50A大致相同的形状)。
参照图18及图20,第8金属板69具备用于形成流入侧连接通道52的被连接部52d的一部分的两个贯通孔69a、以及用于形成流出侧连接通道53的被连接部53a的一部分的贯通孔69b。
第9金属板70具备用于形成流入侧连接通道52的被连接部52d的一部分的贯通孔70a、用于形成流出侧连接通道53的被连接部53a的一部分的贯通孔70b以及用于形成流出侧连接通道53的第3伸出部53d的贯通孔70c。此外,在第9金属板70的贯通孔70b内设有限位件54的一部分。
第10金属板71具备用于形成流入侧连接通道52的第1伸出部52c的一部分的贯通孔71a、用于形成流出侧连接通道53的被连接部53a的一部分的贯通孔71b、用于构成流出侧连接通道53的第2伸出部53c的一部分的贯通孔71c以及用于形成流出侧连接通道53的流出部53e的一部分的贯通孔71d。此外,在第10金属板71的贯通孔71b内设有限位件54的一部分。
第11金属板72具备用于形成流入侧连接通道52的第2伸出部52c的一部分的贯通孔72a、用于形成流出侧连接通道53的被连接部53a的一部分的贯通孔72b、用于形成流出侧连接通道53的第2伸出部53c的一部分的贯通孔72c以及用于形成流出侧连接通道53的流出部53e的一部分的贯通孔72d。此外,在第1金属板72的靠阀侧隔膜47侧的面上设有如上所述的阀座55(图18中省略)。
参照图19及图20,第12金属板73具备用于形成流入侧连接通道52的第1伸出部52c的一部分的贯通孔73a、用于形成流出侧连接通道53的第1伸出部53b的贯通孔73b以及用于形成流出侧连接通道53的流出部53e的一部分的贯通孔73c。此外,第12金属板73相当于流出侧界定用金属板,其具备用于界定第13金属板74上的阀侧隔膜47向流出侧连接通道53侧的可动区域的贯通孔73b。进一步,第12金属板73相当于间隙用金属板,具备沿着层叠方向贯穿该第12金属板73的贯通孔(间隙用孔)32b,用于在阀侧隔膜47和阀座55之间形成间隙。另外,在俯视时,贯通孔73a、73c配置于泵室S1的外侧(图中省略)。
第13金属板(阀侧隔膜用金属板)74包含阀侧隔膜47。此外,第13金属板74具备用于形成流入侧连接通道52的第1伸出部52c的一部分的贯通孔74a、以及用于形成流出侧连接通道53的流出部53e的一部分的贯通孔74b。
第14金属板75具备用于形成流入侧连接通道52的第2伸出部52b的一部分的贯通孔75a、以及用于形成流出侧连接通道53的流出部53e的一部分的贯通孔75b。贯通孔75a相当于流入侧界定孔,用于界定第13金属板74上的阀侧隔膜47向流入侧连接通道52侧的可动区域。
第15金属板76具备用于形成流入侧连接通道52的第2伸出部52b的一部分的凹部76a、设置于凹部76a内从而形成流入侧连接通道52的流入部52a的贯通孔76b以及设置于凹部76a的外侧从而形成流出侧连接通道53的流出部53e的一部分的贯通孔76c。此外,在第15金属板76的凹部76a的底面,设置有上述的向阀侧隔膜47侧突出的突起部52e。
参照图19、图20及图25,对由第12至第15金属板73至76形成的流入侧连接通道52的流入部52a、第2伸出部52b和第1伸出部52c进行说明。
第14金属板75及第15金属板76相当于凹金属板,在该凹金属板形成有包含界定部77a(参照图25)的界定凹部77(由贯通孔75a和凹部76a形成的凹部),用于与第13金属板74(阀侧隔膜用金属板)相接合来界定阀侧隔膜47的可动区域。另外,在本实施方式中,对由两张金属板75、76构成凹金属板的例子进行了说明,但是也可以由一张金属板构成形成界定凹部77的凹金属板。
在此,界定部77a是界定凹部77之中的在俯视时与第12金属板73的贯通孔73b相重叠的部分。
此外,与界定凹部77相连接的第15金属板76的贯通孔76b(相当于第1连接孔)及第13金属板74的贯通孔74a(相当于第2连接孔)在俯视时位于界定部77a的外侧并连接于界定凹部77,而且,在俯视时小于界定部77a。
此外,界定凹部77还具备一对伸出部77b,在俯视时,该一对伸出部77b分别从界定部77a向贯通孔76b、74a延伸,并具有让其顶端随着朝向贯通孔76b、74a逐渐变小的形状。
这样,包含一对伸出部77b和界定部77a的凹金属板的界定凹部77,在俯视时其截面面积在贯通孔76b和贯通孔74a之间发生变化。具体而言,在俯视时,界定凹部77的截面面积从贯通孔76b向界定部77a逐渐增大,而界定凹部77的截面面积从界定部77a向贯通孔74a逐渐减少。
其中,在凹金属板设有突起部52e,在俯视时,该突起部52e在将贯通孔76b和贯通孔74a相连接的线上且与界定部77a相重叠的位置处,从界定凹部77的底面向阀侧隔膜47侧突出。这样,在以上述方式形成于凹金属板的界定凹部77中流路截面面积最大的部分设有突出部,从而该部分的截面面积减少,能够抑制该界定凹部77内的流速分布不均。
具体而言,当不设有突起部52e时,在将贯通孔76b和贯通孔74a相连接的直线上的流体流速最高,而在界定部77a中偏离所述直线的用图25的区域R2所示的区域中的流体流速降低。在此情况下,空气有可能滞留在区域R2中,但是通过设置突起部52e,在所述直线上的流体流速降低,从而提高所述区域R2中的流体流速,因此能够防止空气在区域R2中的滞留。
另外,在图18及图19中,虽然示意了第4至第15金属板65至76分别为一张的情况,但是对于表面形状和背面形状相同的金属板而言,也可以层叠使用多张该金属板。另一方面,也可以使用预先具有较大厚度的金属板,但是,此时金属板的表面粗糙度变大,不利于扩散接合。因此,如上所述,优选使用多张较薄的金属板来增加金属板的厚度。
如上所述,在俯视时,阀侧隔膜47设置于泵侧隔膜49的内侧。即,在俯视时,第12金属板73的整个贯通孔(流出侧界定孔:参照图19)73b及第14金属板75的贯通孔(流入侧界定孔:参照图19)75b的一部分配置于第3金属板24的贯通孔(泵室用孔:参照图8)24a的内侧。因此,流入侧连接通道52及流出侧连接通道53具有在俯视时在两个隔膜47和49之间配置于泵侧隔膜49的内侧的部分。
于是,与第1实施方式同样地,将第2实施方式所涉及的泵组件具备的空腔部分19、阀体部分61以及位于空腔部分19和阀体部分21之间的中间部分60分开来制造,其中,空腔部分19包含第1至第3金属板22至24、阀体部分61包含第12至第15金属板73至76。
具体而言,在准备工序中准备作为接近金属板的第12金属板73,该接近金属板是用于界定阀侧隔膜47的可动区域的第12金属板73及第14金属板75之中配置于泵室S1(第3金属板24)附近的金属板,如图19所示,所述第12金属板73除了贯通孔73b之外,仅具备多个贯通孔(通道形成用孔)52c、53e,以便形成流入侧连接通道52及流出侧连接通道53。
此外,在准备工序中准备第11金属板(邻接金属板)72,如图18所示,该第11金属板72具备贯通孔(连通孔)72a、72d,该贯通孔72a、72d具有能够与多个贯通孔52c、53e之中的贯通孔(第1通道形成用孔)52c、53e的周缘部相贴紧的周缘部。
接着,对金属板65至76进行扩散接合(接合工序)。
具体而言,接合工序包含:对金属板65至76之中被包含在中间部分60的金属板(参照图18)进行扩散接合的中间接合工序(第1接合工序);对被包含在空腔部分19的金属板(参照图8)进行扩散接合的空腔接合工序;对被包含在阀体部分61的金属板(参照图19)进行扩散接合的阀体接合工序;以及将空腔部分19、阀体部分61和中间部分60相接合的整体接合工序(第2接合工序)。
在中间接合工序中,如图18所示,与空腔部分19及阀体部分61分开地对中间部分60进行扩散接合。因此,通过扩散接合能够可靠地形成中间部分60中所形成的两个连接通道52和53之中俯视时与泵室S1及贯通孔73b、75a、76b相重叠的部分。
在空腔接合工序中,如图8及图21所示,将第1至第3金属板22至24相接合。另外,也可以省略空腔接合工序,并在后面叙述的整体接合工序中将第1至第3金属板22至24接合到空腔部分19。
在阀体接合工序中,如图19及图20所示,对第12至第15金属板73至76进行扩散接合。
另外,中间接合工序、空腔接合工序及阀体接合工序的顺序并不限定于上述顺序。
接着,在整体接合工序中,对空腔部分19、中间部分60和阀体部分61进行扩散接合。
具体而言,在整体接合工序中,如图18至图20所示,在阀座55和第12金属板(间隙用金属板)73的贯通孔(间隙用孔)73b沿层叠方向相层叠,并且第12金属板73被夹在第13金属板74和第11金属板(阀座用金属板)72之间的状态下,进行扩散接合。由此,在阀座55和阀侧隔膜47之间形成间隙。
此外,在整体接合工序中,在俯视时第12金属板73的贯通孔(流出侧界定孔)73b和第14金属板75的贯通孔(流入侧界定孔)75a的界定部77a(参照图25)被配置于第3金属板24的贯通孔(泵室用孔)24a的内侧的状态下,进行扩散接合。由此,在俯视时,阀侧隔膜47被配置于泵侧隔膜49的内侧,能够在与层叠方向正交的方向上紧凑地形成泵组件1。
进一步,在整体接合工序中,在俯视时第12金属板73的贯通孔(通道形成用孔)73a和73c被配置于第3金属板24的贯通孔24a的外侧的状态下,对中间部分20和阀体部分21进行扩散接合。由此,在进行整体接合工序时能够将对金属板22至24及65至76施加的压力通过第3金属板24的贯通孔24a的外侧部分传递到其它金属板。因此,在贯通孔73a、73c的周围部分,能够对第12金属板73和第111金属板72进行扩散接合。
另一方面,与第1实施方式同样地,在第2实施方式中,形成在第1金属板32的扩展部22b设置于俯视时与贯通孔73a、73c相重叠的位置,因为该扩展部22b内存在空间,在进行整体接合工序时难以将对金属板22至24及65至76施加的压力有效地传递到贯通孔73a、73c的周围。
于是,与第1实施方式同样地,在整体接合工序中,在让第12金属板73的贯通孔73a、73c的周缘部和第11金属板72的贯通孔72a、72d的周缘部相贴紧的状态下,对第11金属板72和第12金属板73进行扩散接合。这样,即使在如上所述的难以充分传递压力的情况下,也能通过使两个周缘部相贴紧来抑制流体从贯通孔72a、72d和贯通孔73a、73c之间漏出。
与第1实施方式同样地,在进行整体扩散接合之后再进行层形成工序,在该层形成工序中,如图11所示,在第2金属板23的与泵室S1相反侧的面上通过绝缘层23a形成被连接层23b。在层形成工序中,从第1金属板22的贯通孔22a内的范围到扩展部22b内的范围形成绝缘层23a和被连接层23b。
接着,在压电元件4的第1连接部4a与被连接层23b电连接的状态下,进行将压电元件4安装到第2金属板23的安装工序。
另外,通过采取利用与第1实施方式的图12所示的连接金属板39相当的金属板的方法,能够同时制造多个第2实施方式的泵组件。
如上所述,根据第2实施方式,不仅可以获得第1实施方式的效果,还能够获得下述效果。
如图25所示,在俯视时,第14金属板75及第15金属板76(凹金属板)的界定凹部77的截面面积在贯通孔76b和74a之间发生变化。
在此,在第2实施方式中还设有突起部52e,在俯视时,该突起部52e在将贯通孔76b和贯通孔74a相连接的线上且与界定部77a相重叠的位置处,从界定凹部77的底面向阀侧隔膜47侧突出。这样,在界定凹部77中流路截面面积最大的部分设有突起部52e,从而该部分的截面面积减少,能够抑制该界定凹部77内的流速分布不均。
因此,如图17所示,在第1实施方式中排放空气需要1到3个小时(期间t1或t2),但在第2实施方式中只用数秒至数十秒的时间就能排放空气。这样,例如在让液体作为流体来流动的情况下,能够抑制空气滞留的现象发生,从而能够抑制流量精度的降低。
此外,在第2实施方式中,如图18及图21所示,俯视时在泵室S1的中心设有流出阀51,而且,只有两个流入阀50设置在俯视时相对于通过中心的直线成为点对称的位置。
据此,能够使流体从流出阀51周围的两个部位均匀地向该流出阀51流动,因此能够减少流体在泵室S1内的滞留。
而且,通过将流入阀50的数量限制为两个,能够改善在第1实施方式中因设置四个流入阀14从而该流入阀14的泄漏量被累计导致的相对于压力(背压)的流量精度的降低(参照图15)。
具体而言,如图26所示,在采用第2实施方式的情况下,能够获得让流量相对于压力(背压)发生线性变化的特性。另外,图26中的实线表示使用100Hz的频率时的情况,图26的虚线表示使用150Hz的频率时的情况,图26中的点划线表示使用200Hz的频率时的情况。
此外,在第2实施方式中采用具有长度L2的流入阀50,该长度L2比图22所示的第1实施方式的流入阀14的长度L1短。具体而言,流入阀50的臂长被设定为比流入阀14的臂长短。
第1实施方式的流入阀14的弹簧常数较小,因此在泵侧隔膜9以较高的频率动作时,不能让流入阀14追随泵室S1的容积变化,由此导致相对于频率的流量性能变差(参照图16)。
与此相对,在第2实施方式中,流入阀50的弹簧常数比第1实施方式高,即使在泵侧隔膜49以较高的频率动作时,也能让流入阀追随泵室S1的容积变化。
据此,如图27所示,第2实施方式的泵组件能够获得相对于频率的增减而线性变化的流量特性。另外,图27表示在与图16的流量特性相同条件(使用了矩形波[最高电压为+240V及最低电压为-60V]的条件)下获得的数据。
另外,在第2实施方式中,流入阀50的形状并不限定于图23所示的形状。例如,即使使用了图28至图30所示的流入阀50A至50C,也能够获得相对于频率的增减而线性变化的流量特性。
具体而言,图28所示的流入阀50A具备:用于封闭流入通道56的封闭部50c;及以使封闭部50c可在封闭流入通道56的状态和敞开流入通道56的状态之间位移的方式支撑该封闭部50c的三个臂50d。
通过臂50d在三个部位支撑封闭部50c。由此,与图22所示的具有由一个臂14b支撑的封闭部14a的流入阀14相比,流入阀50A能够将整合了三个臂50d的弹簧常数设定为高。
此外,与臂50b不同,臂50d具有在多个部位弯曲的形状。而且,臂50d等间隔地配置在封闭部50c周围的三个位置。通过这些弯曲形状及臂50d的布置,能进一步提高弹簧常数。
如图29所示的流入阀50B具备:用于封闭流入通道56的封闭部50e;及以使封闭部50c可在封闭流入通道56的状态和敞开流入通道56的状态之间位移的方式支撑该封闭部50c的臂50f。另外,封闭部50e是具有与流入阀50、50A的封闭部50a、50c同等面积的大致圆形的部分(图中用双点虚线表示的部分)。
流入阀50B的长度L4被设定为比流入阀50的长度L2(参照图23)略短。
图30所示的流入阀50C是在图29所示的流入阀50B的臂50f上追加贯通孔50g的流入阀。由此,流入阀50C的弹簧常数被调整为略低。
另外,本发明并不限定于上述实施方式,例如也可以采用如下方式。
虽然在上述实施方式中示出了将具备贯通孔32b的第11金属板32作为接近金属板的例子,该贯通孔32b用于界定阀侧隔膜7向流出侧连接通道11侧的可动区域,但是也可以将具备贯通孔34b的第13金属板34作为接近金属板来使用,所述贯通孔34b用于界定阀侧隔膜7向流入侧连接通道10侧的可动区域。在此情况下,流入侧连接通道10及流出侧连接通道11相对于阀侧隔膜7的位置关系成为相反。
在上述实施方式中,如图11所示,虽然通过绝缘层23a将被连接层23b形成在第2金属板23中的与泵室S1相反侧的面上,但是并不限定为将被连接层23b设置在泵组件。例如,也可以在压电元件4上预先设置被连接层,该被连接层与压电元件4的第1连接部4a电连接,而且从该第1连接部4a延伸到压电元件4的第2连接部4b侧的端面。在此情况下,可以省略将被连接层23b设置到泵组件的工序。
另外,如上所述的具体实施方式主要包括具有以下结构的发明。
为了解决上述问题,本发明提供一种泵组件,包括:泵,具备压电元件和与所述压电元件的动作相对应地喷出流体的喷出机构;以及阀机构,安装于所述泵,其中,所述喷出机构具备:泵主体;泵侧隔膜,其与所述泵主体之间划分泵室;至少一个流入阀,设置在以与所述泵室相连接的方式形成于所述泵主体的流入通道;以及流出阀,设置在以与所述泵室相连接的方式形成于所述泵主体的流出通道,所述阀机构具备:阀机构主体,具有与所述流入通道相连接的流入侧连接通道和与所述流出通道相连接的流出侧连接通道;以及阀侧隔膜,设置于所述阀机构主体,用于将所述流入侧连接通道和所述流出侧连接通道相隔开,所述流入阀在该流入阀的上游侧的压力比所述泵室内的压力高时打开,所述流出阀在所述泵室内的压力比所述流出阀的下游侧的压力高时打开,在所述流入侧连接通道内的压力比所述流出侧连接通道内的压力高时,所述阀侧隔膜限制通过所述流出侧连接通道的流体流动,所述喷出机构及所述阀机构分别具备在沿预先设定的层叠方向相层叠的状态下彼此被扩散接合的多个金属板,而且,所述喷出机构及所述阀机构通过扩散接合相互被固定。
根据本发明的泵组件,通过对多个金属板进行扩散接合从而分别形成喷出机构及阀机构,并且,通过扩散接合将两个机构相互固定。因此,可以省略用于分别形成喷出机构及阀机构的粘接工序等,而且,不像以往那样需要将垫圈形成在喷出机构和阀机构之间。
本发明的泵组件的制造方法包括:准备工序,准备用于形成所述喷出机构及所述阀机构的多个金属板;接合工序,对所述多个金属板进行扩散接合;以及安装工序,将所述压电元件安装在所述喷出机构。
这样,根据本发明,既能减少泵组件的部件数量,又能简化制造工序。
在此,在流入侧连接通道和流出侧连接通道之间没有发生压力差的状态下,也可以由阀侧隔膜封闭流出侧连接通道,但是,在此情况下,由于阀侧隔膜也由金属构成,因此在为了喷出流体而阀侧隔膜被打开时产生压力损失,难以稳定地喷出流体。
于是,在所述泵组件中优选的是,所述阀机构主体还具备阀座,该阀座用于让所述阀侧隔膜接触从而限制通过所述流出侧连接通道的流体流动,所述阀侧隔膜与所述阀座隔开间隔地设置,并且,该阀侧隔膜具有当所述流入侧连接通道内的压力比所述流出侧连接通道内的压力高时发生变形而与所述阀座接触的弹性。
根据该方式,在流入侧连接通道内的压力比阀侧隔膜变形时的压力低时(即,在流入侧连接通道内没有产生异常的压力时)流出侧连接通道敞开,借此防止如上所述的压力损失从而能够实现稳定的流体喷出。
作为上述的泵组件的制造方法,可以采用:
所述阀机构主体还具备阀座,该阀座用于让所述阀侧隔膜接触从而限制通过所述流出侧连接通道的流体流动,在所述准备工序中准备包含所述阀侧隔膜的阀侧隔膜用金属板、具备所述阀座的阀座用金属板以及具有间隙用孔的间隙用金属板,其中该间隙用孔沿着所述层叠方向贯穿该间隙用金属板,在所述接合工序中,在所述阀座和所述间隙用孔沿所述层叠方向相层叠,并且所述间隙用金属板被夹在所述阀侧隔膜用金属板和所述阀座用金属板之间的状态下,进行扩散接合,所述阀侧隔膜具有当所述流入侧连接通道内的压力比所述流出侧连接通道内的压力高时发生变形而与所述阀座接触的弹性。
根据该方式,在间隙用金属板被夹在阀座用金属板和阀侧隔膜用金属板之间的状态下,通过对这些金属板进行扩散结合,能够制造可以防止如上所述的压力损失发生的泵组件。
其中,在沿层叠方向俯视泵组件时,也可以将阀侧隔膜设置于泵侧隔膜的外侧,但是,此时泵组件在与层叠方向正交的方向上增大,降低该泵组件的布置自由度。
于是,在所述泵组件中优选的是,所述多个金属板包含:泵室用金属板,形成有用于界定所述泵室的泵室用孔;阀侧隔膜用金属板,包含所述阀侧隔膜;流入侧界定用金属板,被接合于所述阀侧隔膜用金属板,并形成有用于界定所述阀侧隔膜向所述流入侧连接通道侧的可动区域的流入侧界定孔;以及流出侧界定用金属板,被接合于所述阀侧隔膜用金属板,并形成有用于界定所述阀侧隔膜向所述流出侧连接通道侧的可动区域的流出侧界定孔,在沿所述层叠方向俯视所述泵组件时,所述流入侧界定孔及所述流出侧界定孔配置于所述泵室用孔的内侧。
根据该方式,在俯视时,阀侧隔膜设置于泵侧隔膜的内侧,因此能够在与层叠方向正交的方向上紧凑地构成泵组件,可以提高该泵组件的布置自由度。
作为上述的泵组件的制造方法,可以采用:在所述准备工序中准备:泵室用金属板,形成有用于界定所述泵室的泵室用孔;阀侧隔膜金属板,包含所述阀侧隔膜;流入侧界定用金属板,形成有用于界定所述阀侧隔膜向所述流入侧连接通道侧的可动区域的流入侧界定孔;以及流出侧界定用金属板,形成有用于界定所述阀侧隔膜向所述流出侧连接通道侧的可动区域的流出侧界定孔,在所述接合工序中,在沿所述层叠方向俯视所述泵组件时让所述流入侧界定孔及所述流出侧界定孔配置在所述泵室用孔的内侧的状态下,进行扩散接合。
根据该方式,在相对于泵室用孔定位了流入侧界定孔及流出侧界定孔的状态下进行扩散接合,从而能够制造如上所述的可以提高布置自由度的泵组件。
如上所述,在俯视时阀侧隔膜设置于泵侧隔膜的内侧的情况下,在阀侧隔膜和泵侧隔膜之间配置有流入侧连接通道(流入侧界定孔)或流出侧连接通道(流出侧界定孔)。即,在俯视时,流入侧连接通道或流出侧连接通道在阀侧隔膜和泵侧隔膜之间具有配置于泵室内侧的部分(以下称为内侧配置部)。
在此,当进行扩散接合时,需要沿着层叠方向对所层叠的多个金属板施加压力,但是不能有效地对与金属板的泵室(空间)相重叠的部分施加压力,难以通过扩散接合形成泵的流入侧连接通道或流出侧连接通道的内侧配置部。
于是,在所述泵组件中优选的是,所述流入侧界定用金属板及所述流出侧界定用金属板之中接近所述泵室用金属板的接近金属板,除了具备所述流入侧界定孔或所述流出侧界定孔之外仅具备多个通道形成用孔,以便形成所述流入侧连接通道及所述流出侧连接通道,在俯视时,所述多个通道形成用孔配置于所述泵室用孔的外侧。
根据该方式,通过将多个金属板之中层叠于接近金属板和泵室用金属板之间的金属板(以下称为中间部分)与其它部分分开地进行扩散接合,从而能够在中间部分可靠地形成内侧配置部。
而且,根据上述方式,由于俯视时通道形成用孔配置于泵室用孔的外侧,因此通过对所有多个金属板进行扩散接合,即使存在具有泵室用孔的泵室用金属板,也能够对接近金属板的通道形成用孔的周围部分施加压力。
因此,根据上述方式,能够提供一种适当地形成流入侧连接通道及流出侧连接通道的泵组件。
具体而言,作为上述的泵组件的制造方法,可以采用:在所述准备工序中准备所述流入侧界定用金属板及所述流出侧界定用金属板之中配置于所述泵室用金属板附近的接近金属板,该接近金属板除了所述流入侧界定孔或所述流出侧界定孔以外,仅具备多个通道形成用孔,以便形成所述流入侧连接通道及所述流出侧连接通道,所述接合工序包含:第1接合工序,对所述多个金属板之中层叠在所述接近金属板和所述泵室用金属板之间的金属板进行扩散接合;以及第2接合工序,在俯视时所述多个通道形成用孔被配置于所述泵室用孔的外侧的状态下,将所述多个的金属板之中在所述第1接合工序中被接合的金属板与除了在所述第1接合工序中被接合的金属板以外的金属板进行扩散接合。
根据该方式,通过将接合工序分为第1及第2接合工序,能够在第1接合工序中形成内侧配置部,并且,即使存在具有泵室用孔的泵室用金属板,也能够在第2接合工序中对通道形成用孔的周围施加压力。
在此,即使使用了如上所述的具有在俯视时配置于泵室用孔外侧的通道形成用孔的接近金属板的情况下,也有可能不得不使用在俯视时与通道形成用孔相重叠的位置上具有孔的其它金属板。在此情况下,即使采用了上述制造方法,也难以对接近金属板的通道形成用孔的周围部分进行扩散接合。
于是,在所述泵组件中优选的是,所述多个金属板具有与所述接近金属板之中靠近所述泵室用金属板的一侧面上相接合的邻接金属板,所述邻接金属板具备连通孔,该连通孔具有与所述多个通道形成用孔之中的第1通道形成用孔的周缘部相贴紧的周缘部。
根据该方式,在让接近金属板的第1通道形成用孔的周缘部和邻接金属板的连通孔的周缘部相贴紧的状态下对两个金属板进行扩散接合,从而即使使用了在与第1通道形成用孔相重叠的位置上具有孔的其它金属板的情况下,也能通过上述贴紧来抑制流体从第1通道形成用孔和连通孔的连接部分漏出。
具体而言,作为上述的泵组件的制造方法,可以采用:在所述准备工序中准备具有连通孔的邻接金属板,该连通孔具有可与所述多个通道形成用孔之中的第1通道形成用孔的周缘部相贴紧的周缘部,在所述第2接合工序中,在让所述第1通道形成用孔的周缘部和所述连通孔的周缘部相贴紧的状态下,将所述邻接金属板接合到所述接近金属板的接近所述泵室用金属板的一侧面上。
根据该方式,即使使用了在与第1通道形成用孔相重叠的位置上具有孔的其它金属板的情况下,也通过在第2接合工序中让第1通道形成用孔的周缘部和连通孔的周缘部相贴紧的状态下对接近金属板和邻接金属板进行扩散接合,从而能够抑制在第1通道形成用孔和连通孔之间的连接部分发生泄漏。
在此,可利用形成在与阀侧隔膜相邻接的金属板上的凹部来界定阀侧隔膜的可动区域。在此情况下,为了提高阀侧隔膜针对压力的感应性,需要将凹部(阀侧隔膜的可动区域的面积)设定得尽可能大。另一方面,需要将连接于凹部的连接通道设定得比凹部小,从而减少泵组件的大小。为了应对这些要求,在连接通道和凹部之间发生通道的截面面积的变化,因此从凹部到连接通道的通道内的流速分布成为不均匀。这样,例如在让液体作为流体来流动的情况下,空气有可能滞留在通道内,引起流量精度的降低。
于是,在所述泵组件中优选的是,所述多个金属板包含:阀侧隔膜用金属板,包含所述阀侧隔膜;凹金属板,被接合于所述阀侧隔膜用金属板,并形成有包含界定部的界定凹部,用于界定所述阀侧隔膜的可动区域,所述阀侧隔膜用金属板具有第1连接孔,该第1连接孔在沿所述层叠方向俯视所述泵组件时位于所述界定部的外侧并连接于所述界定凹部,而且,该第1连接孔在俯视时比所述界定部小,所述凹金属板具有第2连接孔,在俯视时,该第2连接孔位于所述界定部的外侧并连接于所述界定凹部,而且,该第2连接孔在俯视时比所述界定部小,所述界定凹部具备一对伸出部,在俯视时,该一对伸出部分别从所述界定部向所述第1连接孔及所述第2连接孔延伸,并具有让其顶端随着朝向所述第1连接孔及所述第2连接孔逐渐变小的形状,所述凹金属板具备突起部,在俯视时,该突起部在将所述第1连接孔和所述第2连接孔相连接的线上且与所述界定部相重叠的位置处,从所述界定凹部的底面向所述阀侧隔膜突出。
在俯视时,包括一对伸出部和界定部的凹金属板的界定凹部的截面面积在第1连接孔和第2连接孔之间发生变化。具体而言,在俯视时,界定凹部的截面面积从第1连接孔向界定部逐渐增大,而界定凹部的截面面积从界定部向第2连接孔逐渐减少。
在此,对于上述方式而言,凹金属板设有突起部,在俯视时,该突起部在将第1连接孔和第2连接孔相连接的线上且与界定部相重叠的位置处,从界定凹部的底面向阀侧隔膜侧突出。这样,在以上述方式形成于凹金属板的界定凹部中流路截面面积最大的部分设有突起部,从而该部分的截面面积减少,能够抑制该界定凹部内的流速分布不均。
因此,能够抑制界定凹部内的流速分布不均,例如在让液体作为流体来流动的情况下,能够抑制空气滞留的现象发生,从而能够抑制流量精度的降低。
在此,所述压电元件有时具备用于连接电源的连接部。
在此情况下,例如可以使压电元件的连接部直接连接于泵侧隔膜,并且使电源与多个金属板电连接。
但是,由于喷出机构及阀机构由金属形成,当以上述方式将电源与泵组件相连接时,在泵室内的流体具有导电性的情况下,电流会向该流体流动,因此在该流体的某些用途下会产生问题。
于是,在所述泵组件中优选的是,所述多个金属板具备包含所述泵侧隔膜的泵侧隔膜用金属板,所述压电元件具备用于连接电源的连接部,在所述泵侧隔膜用金属板的与所述泵室相反侧的面上,通过绝缘层形成有与所述连接部电连接的被连接层。
根据该方式,由于能够通过绝缘层防止电流向泵室内的流体流动,因此可以将泵组件适用于流体中的电流流动受到限制的用途(例如,医疗用药液注入泵)。
具体而言,作为上述的泵组件的制造方法,可以采用:在所述准备工序中,准备包含所述泵侧隔膜的泵侧隔膜用金属板,所述泵组件的制造方法还包括层形成工序,该层形成工序在所述泵侧隔膜用金属板的与所述泵室相反侧的面上通过绝缘层形成被连接层,在所述安装工序中,在设置于所述压电元件的连接部与所述被连接层电连接的状态下,将所述压电元件安装到所述泵侧隔膜用金属板。
根据该方式,在层形成工序形成绝缘层及被连接层之后,通过在连接部与被连接层电连接的状态下将压电元件安装到泵侧隔膜用金属板上,从而可以制造能够防止电流向泵室内的流体流动的泵组件。
其中,在俯视时泵室呈圆形状的情况下,可以在俯视时将流出阀配置于泵室的中心,并在俯视时将多个流入阀配置成相对于通过泵室的中心的直线成为线对称。据此,能够使流体从流出阀周围的多个部位均匀地向该流出阀流动,因此能够减少流体在泵室内的滞留。因此,例如在让液体作为流体来流动的情况下,能够缓和空气滞留于泵室内从而流量精度降低等的问题发生。
另一方面,由于流入阀利用金属板的刚性来封闭流入通道,即使流入阀处于关闭状态,也会发生通过流入通道的微少的泄漏。因此,如果流入阀的数量较多,则通过该流入阀的累计流体泄漏量增加,有可能导致流量精度的降低。
于是,在所述泵组件中优选的是,所述泵室在沿所述层叠方向俯视所述泵组件时呈圆形状,所述流出阀在俯视时被配置于所述泵室的中心,所述至少一个流入阀只包含两个流入阀,在俯视时该两个流入阀被配置在相对于通过所述泵室的中心的直线成为线对称的位置。
根据该方式,在俯视时,在相对于通过中心的直线成为线对称的位置只设置有两个流出阀。由此,可以减少如上所述的流体在泵室内的滞留,并且,能最大限度地抑制通过流入阀的泄漏量增加。
在所述泵组件的制造方法中优选的是,在所述准备工序中,准备连接金属板,其中,连接金属板是将所述多个金属板分别互相连接多个而成,在所述接合工序中,通过对所述连接金属板之间进行扩散接合,形成多个由所述喷出机构和所述阀机构构成的结合体,所述泵组件的制造方法还包括切割分开工序,用于在接合工序之后从所述连接金属板切割分开所述结合体。
根据该方式,不需多次进行接合工序,就能够制造多个泵组件,可以进一步提高泵组件的制造效率。
Claims (15)
1.一种泵组件,其特征在于包括:
泵,具备压电元件和与所述压电元件的动作相对应地喷出流体的喷出机构;以及
阀机构,安装于所述泵,其中,
所述喷出机构具备:泵主体;泵侧隔膜,其与所述泵主体之间划分泵室;至少一个流入阀,设置在以与所述泵室相连接的方式形成于所述泵主体的流入通道;以及流出阀,设置在以与所述泵室相连接的方式形成于所述泵主体的流出通道,
所述阀机构具备:阀机构主体,具有与所述流入通道相连接的流入侧连接通道和与所述流出通道相连接的流出侧连接通道;以及阀侧隔膜,设置于所述阀机构主体,用于将所述流入侧连接通道和所述流出侧连接通道相隔开,
所述流入阀在该流入阀的上游侧的压力比所述泵室内的压力高时打开,
所述流出阀在所述泵室内的压力比所述流出阀的下游侧的压力高时打开,
在所述流入侧连接通道内的压力比所述流出侧连接通道内的压力高时,所述阀侧隔膜限制流过所述流出侧连接通道的流体的流动,
所述喷出机构及所述阀机构分别具备在沿预先设定的层叠方向相层叠的状态下彼此被扩散接合的多个金属板,而且,所述喷出机构及所述阀机构通过扩散接合相互被固定。
2.根据权利要求1所述的泵组件,其特征在于:
所述阀机构主体还具备阀座,该阀座用于让所述阀侧隔膜接触从而限制通过所述流出侧连接通道的流体流动,
所述阀侧隔膜与所述阀座隔开间隔地设置,并且,该阀侧隔膜具有当所述流入侧连接通道内的压力比所述流出侧连接通道内的压力高时发生变形而与所述阀座接触的弹性。
3.根据权利要求1或2所述的泵组件,其特征在于:
所述多个金属板包含:泵室用金属板,形成有用于界定所述泵室的泵室用孔;阀侧隔膜用金属板,包含所述阀侧隔膜;流入侧界定用金属板,被接合于所述阀侧隔膜用金属板,并形成有用于界定所述阀侧隔膜向所述流入侧连接通道侧的可动区域的流入侧界定孔;以及流出侧界定用金属板,被接合于所述阀侧隔膜用金属板,并形成有用于界定所述阀侧隔膜向所述流出侧连接通道侧的可动区域的流出侧界定孔,
在沿所述层叠方向俯视所述泵组件时,所述流入侧界定孔及所述流出侧界定孔配置于所述泵室用孔的内侧。
4.根据权利要求3所述的泵组件,其特征在于:
所述流入侧界定用金属板及所述流出侧界定用金属板之中接近所述泵室用金属板的接近金属板,除了具备所述流入侧界定孔或所述流出侧界定孔之外仅具备多个通道形成用孔,以便形成所述流入侧连接通道及所述流出侧连接通道,
在俯视时,所述多个通道形成用孔配置于所述泵室用孔的外侧。
5.根据权利要求4所述的泵组件,其特征在于:
所述多个金属板具有与所述接近金属板之中靠近所述泵室用金属板的一侧面上相接合的邻接金属板,
所述邻接金属板具备连通孔,该连通孔具有与所述多个通道形成用孔之中的第1通道形成用孔的周缘部相贴紧的周缘部。
6.根据权利要求1或2所述的泵组件,其特征在于:
所述多个金属板包含:阀侧隔膜用金属板,包含所述阀侧隔膜;以及凹金属板,被接合于所述阀侧隔膜用金属板,并形成有包含界定部的界定凹部,用于界定所述阀侧隔膜的可动区域,
所述阀侧隔膜用金属板具有第1连接孔,该第1连接孔在沿所述层叠方向俯视所述泵组件时位于所述界定部的外侧并连接于所述界定凹部,而且,该第1连接孔在俯视时比所述界定部小,
所述凹金属板具有第2连接孔,在俯视时,该第2连接孔位于所述界定部的外侧并连接于所述界定凹部,而且,该第2连接孔在俯视时比所述界定部小,
所述界定凹部具备一对伸出部,在俯视时,该一对伸出部分别从所述界定部向所述第1连接孔及所述第2连接孔延伸,并具有让其顶端随着朝向所述第1连接孔及所述第2连接孔逐渐变小的形状,
所述凹金属板具备突起部,在俯视时,该突起部在将所述第1连接孔和所述第2连接孔相连接的线上且与所述界定部相重叠的位置处,从所述界定凹部的底面向所述阀侧隔膜突出。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的泵组件,其特征在于:
所述多个金属板具备包含所述泵侧隔膜的泵侧隔膜用金属板,
所述压电元件具备用于连接电源的连接部,
在所述泵侧隔膜用金属板的与所述泵室相反侧的面上,通过绝缘层形成有与所述连接部电连接的被连接层。
8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的泵组件,其特征在于:
所述泵室在沿所述层叠方向俯视所述泵组件时呈圆形状,
所述流出阀在俯视时被配置于所述泵室的中心,
所述至少一个流入阀只包含两个流入阀,在俯视时该两个流入阀被配置在相对于通过所述泵室的中心的直线成为线对称的位置。
9.一种泵组件的制造方法,用于制造根据权利要求1所述的泵,其特征在于包括:
准备工序,准备用于形成所述喷出机构及所述阀机构的多个金属板;
接合工序,对所述多个金属板进行扩散接合;以及
安装工序,将所述压电元件安装在所述喷出机构。
10.根据权利要求9所述的泵组件的制造方法,其特征在于:
所述阀机构主体还具备阀座,该阀座用于让所述阀侧隔膜接触从而限制通过所述流出侧连接通道的流体流动,
在所述准备工序中准备包含所述阀侧隔膜的阀侧隔膜用金属板、具备所述阀座的阀座用金属板以及具有间隙用孔的间隙用金属板,其中该间隙用孔沿着所述层叠方向贯穿该间隙用金属板,
在所述接合工序中,在所述阀座和所述间隙用孔沿所述层叠方向相层叠,并且所述间隙用金属板被夹在所述阀侧隔膜用金属板和所述阀座用金属板之间的状态下,进行扩散接合,
所述阀侧隔膜具有当所述流入侧连接通道内的压力比所述流出侧连接通道内的压力高时发生变形而与所述阀座接触的弹性。
11.根据权利要求9所述的泵组件的制造方法,其特征在于:
在所述准备工序中准备:泵室用金属板,形成有用于界定所述泵室的泵室用孔;阀侧隔膜金属板,包含所述阀侧隔膜;流入侧界定用金属板,形成有用于界定所述阀侧隔膜向所述流入侧连接通道侧的可动区域的流入侧界定孔;以及流出侧界定用金属板,形成有用于界定所述阀侧隔膜向所述流出侧连接通道侧的可动区域的流出侧界定孔,
在所述接合工序中,在沿所述层叠方向俯视所述泵组件时让所述流入侧界定孔及所述流出侧界定孔配置在所述泵室用孔的内侧的状态下,进行扩散接合。
12.根据权利要求11所述的泵组件的制造方法,其特征在于:
在所述准备工序中准备所述流入侧界定用金属板及所述流出侧界定用金属板之中配置于所述泵室用金属板附近的接近金属板,该接近金属板除了所述流入侧界定孔或所述流出侧界定孔以外,仅具备多个通道形成用孔,以便形成所述流入侧连接通道及所述流出侧连接通道,
所述接合工序包含:
第1接合工序,对所述多个金属板之中层叠在所述接近金属板和所述泵室用金属板之间的金属板进行扩散接合;以及
第2接合工序,在俯视时所述多个通道形成用孔被配置于所述泵室用孔的外侧的状态下,将所述多个的金属板之中在所述第1接合工序中被接合的金属板与除了在所述第1接合工序中被接合的金属板以外的金属板进行扩散接合。
13.根据权利要求12所述的泵组件的制造方法,其特征在于:
在所述准备工序中准备具有连通孔的邻接金属板,该连通孔具有可与所述多个通道形成用孔之中的第1通道形成用孔的周缘部相贴紧的周缘部,
在所述第2接合工序中,在让所述第1通道形成用孔的周缘部和所述连通孔的周缘部相贴紧的状态下,将所述邻接金属板接合到所述接近金属板的接近所述泵室用金属板的一侧面上。
14.根据权利要求9至13中的任意一项所述的泵组件的制造方法,其特征在于:
在所述准备工序中,准备包含所述泵侧隔膜的泵侧隔膜用金属板,
所述泵组件的制造方法还包括层形成工序,该层形成工序在所述泵侧隔膜用金属板的与所述泵室相反侧的面上通过绝缘层形成被连接层,
在所述安装工序中,在设置于所述压电元件的连接部与所述被连接层电连接的状态下,将所述压电元件安装到所述泵侧隔膜用金属板。
15.根据权利要求9至14中的任意一项所述的泵组件的制造方法,其特征在于:
在所述准备工序中,准备连接金属板,其中,连接金属板是将所述多个金属板分别互相连接多个而成,
在所述接合工序中,通过对所述连接金属板之间进行扩散接合,形成多个由所述喷出机构和所述阀机构构成的结合体,
所述泵组件的制造方法还包括切割分开工序,用于在接合工序之后从所述连接金属板切割分开所述结合体。
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