CN1573102A - 泵 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是为了提供一种即使当气泡存留于泵室中时也能够排出气泡，并因此保持排出能力的泵。泵(10)包括：泵室(27)，该泵室的容积可以通过驱动隔膜(60)而变化；进口通道，用于使工作流体能够流入主泵室(27)；出口通道，用于使工作流体能够流出主泵室(27)；以及止回阀(41、42)，用于打开和关闭至少进口通道；其中，进口通道的合成惯性值设置成小于出口通道的合成惯性值；且还设置有气泡排出装置，用于将存留于泵室中的气泡排出。因此，可以提供即使当主泵室(27)中存留有气泡时也能够利用气泡排出装置排出气泡并因此保持排出能力的泵。

Description

泵

技术领域

本发明涉及一种通过用活塞或活动壁例如隔膜来改变泵室的容积，从而使工作流体运动的泵，尤其是涉及一种较小的高功率泵。

背景技术

通常，这种泵有这样的结构，其中，止回阀分别布置在进口通道和可变容积的泵室之间以及布置在出口通道和泵室之间。而且，当泵的目的为转移流体时，提出了这样的结构，即薄壁部分布置在泵室的上游测或下游测通道，因此，通过通道的变形，由于液体间歇驱动引起的脉冲减小(例如见专利文献1)。

而且，还提出了一种具有很高可靠性的高功率泵，这种泵由本申请人等提出，且通过采用具有较大惯性值的通道结构来代替在出口通道中的阀并因此使用流体惯性力，从而能够处理高负载压力和高频驱动。在具有该结构的泵中，为了防止由于进口通道中的脉冲而降低泵的抽吸效率，在进口通道中使用可变形结构(例如见专利文献2)。

而且，还提出了一种容积泵，该容积泵包括：隔膜，该隔膜将由压电元件例如PZT驱动；泵室，该泵室的容积可以通过该隔膜而改变；用于使流体能够流入泵室的孔；以及用于使流体能够流出泵室的孔，其中，止回阀布置在各孔中(例如见专利文献3)。

专利文献1：日本专利申请公报特开2000-265963

专利文献2：日本专利申请公报特开2002-322986

专利文献3：日本专利申请公报特开昭61-171891

发明内容

但是，在专利文献1的结构中，存在的问题是不能处理高负载压力或高频驱动，这是因为进口通道和出口通道都需要作为流体阻挡元件的止回阀，因此，通过两个止回阀的流体压力损失较大。此外，当泵室中存留有气泡时，有这样的问题，即不能获得预定的排量，这是因为在使泵室容积减小的过程中，泵室中的液体压力不能足够升高。

而且，在具有专利文献2和3的结构的泵中，因为由于隔膜变形产生的泵室容积变化较小，因此，当泵室中存留有气泡时，在使泵室容积减小的过程中泵室中的液体压力不能足够升高。因此，泵的流动特征大大恶化，且更坏的情况是不能排出液体。

本发明的目的是提供一种泵，该泵即使在气泡存留于泵室中时也能够排出气泡并因此保持排出能力的。

根据本发明的泵包括：泵室，该泵室的容积可以通过驱动活塞或活动壁而变化；进口通道，用于使工作流体能够流入泵室；出口通道，用于使工作流体能够流出泵室；以及流体阻挡元件，用于打开和关闭至少进口通道；其中，进口通道的合成惯性值设置成小于出口通道的合成惯性值；以及还提供有气泡排出装置，用于将存留于泵室中的气泡排出。

其中，通过促动器例如压电元件驱动的隔膜可以用作活动壁。而且，止回阀可以用作流体阻挡元件。

而且，作为气泡排出装置(它的详细情况将在后面介绍)，例如可以使用副泵室、增压机构、加热部分等，它用于向泵室施加压力。

根据该结构，因为泵包括气泡排出装置，因此即使当泵室中存留有气泡时，也就是即使当工作流体并没有充满泵室时，也可以起动该泵。而且，当气泡存留有泵室内时，尽管考虑到泵室压力并不充分升高，但是由于上述气泡排出装置，存留的气泡可以在驱动泵时排出，从而可以保持泵的性能，特别是保持工作流体的排出量。

而且，在前述结构中，优选是泵室包括：主泵室，该主泵室与出口通道连通，且该主泵室的容积可通过驱动活塞或活动壁而变化；以及副泵室，该副泵室与进口通道连通，并作为气泡排出装置，且该副泵室的容积可通过活塞或活动壁而变化。

根据该结构，因为在进口通道侧设置有作为气泡排出装置的副泵室，因此，进口通道的工作流体能够通过驱动副泵室而传送给主泵室，从而使主泵室中的压力能够升高，这样，可以排出主泵室中的气泡。

优选是，具有上述结构的泵包括：主泵室进口通道，用于使工作流体能够流入该主泵室；主泵室出口通道，用于使工作流体能够流出该主泵室；副泵室进口通道，用于使工作流体能够流入该副泵室；以及副泵室出口通道，用于使工作流体能够流出该副泵室；且主泵室进口通道作为副泵室出口通道。

根据该结构，因为主泵室进口通道也用作副泵室出口通道，因此工作流体的流动通道缩短，从而可以减小泵的尺寸，这样，可以减小流动通道的流阻。

还优选是，本发明的泵还包括：用于打开和关闭主泵室进口通道的流体阻挡元件；用于打开和关闭副泵室进口通道的流体阻挡元件；以及用于打开和关闭副泵室出口通道的流体阻挡元件；且用于打开和关闭主泵室进口通道的流体阻挡元件也作为用于打开和关闭副泵室出口通道的流体阻挡元件。

根据该结构，例如当驱动副泵室的活动壁时，作为副泵室进口通道的流体阻挡元件的止回阀关闭，因此，在副泵室中压力升高的工作流体流入主泵室中。而且，当工作流体从主泵室排出时，作为主泵室进口通道的流体阻挡元件的止回阀关闭。这样，因为主泵室的内部压力可以升高，因此可以压缩存留于两个泵室中的气泡，然后排出至泵室外部。

而且，因为用于打开和关闭主泵室进口通道的流体阻挡元件是用于打开和关闭副泵室出口通道的流体阻挡元件，因此，两个作为流体阻挡元件的止回阀足够用于两个泵室，这样，可以简化泵的结构，以便减小部件说明，并因此实现低成本。而且，还可以减小流阻。

在上述结构的泵中，优选是，布置在副泵室中的活动壁是隔膜，其中，压电元件安装在该隔膜的至少一个表面上，且该副泵室和该隔膜构成单压电晶片泵或双压电晶片泵。

根据该结构，副泵室可以通过将压电元件贴附在用作流动通道的一个普通脉冲减小装置的隔膜上。而且，因为单压电晶片和双压电晶片即使在低压下也有较大的隔膜位移量，因此它们可以组合作为脉冲减小装置的副泵室以及前述气泡排出装置的功能。

还优选是，具有上述结构的泵还包括驱动转换控制单元，用于在副泵室和主泵室之间转换驱动。

通过驱动转换控制单元，例如当开始泵的驱动时，通过首先驱动副泵室和然后驱动主泵室而将内部气泡排出，然后持续驱动主泵室，或者可以交替驱动主泵室和副泵室，从而可以在泵的驱动过程中获得稳定的工作流体排出量。

而且，优选是驱动电极和检测电极形成于压电元件中。

根据该结构，可以检测副泵室的状态。特别是，副泵室的内部压力变化可以作为压电元件的位移来检测，因此可以通过利用上述驱动转换控制单元而根据压力变化控制主泵室和副泵室。

而且，还优选是，本发明的泵还包括压力检测部分，用于检测主泵室的内部压力。

根据该结构，可以检测主泵室内部的状态，因此可以根据主泵室内部的状态来高效驱动泵。

而且，通过将主泵室内部的状态与由副泵室的检测电极检测的、副泵室内部的状态进行组合，与根据两个泵室的两个状态驱动泵的情况相比可以更高效地驱动泵。

本发明的上述泵还包括作为气泡排出装置的增压机构，用于升高和保持泵室中的工作流体的压力。

根据该结构，当由于泵室中存留有气泡而使泵室的内部压力降低，并因此不能排出工作流体时，在泵室中的工作流体的压力可以通过增压机构而升高和保持。因为气泡容积减小，因此，可以通过驱动活塞或活动壁例如隔膜而压缩泵室的容积，从而排出泵室中的气泡。

在上述结构中，优选是增压机构包括可变容积腔室以及用于使该可变容积腔室和出口通道能够彼此连通的流动通道。

根据该结构，因为可变容积腔室与出口通道连通，因此，通过按压可变容积腔室，增压机构可以简单地在与出口通道连通的泵室中产生高压。

在上述结构中，优选是可变容积腔室由弹性部件形成。

根据该结构，通过由弹性部件形成可变容积腔室，由于工作流体引入可变容积腔室而使得压力平稳升高，并能够防止由于压力而损坏构成泵的部件。而且，可变容积腔室还起到减小出口通道中的压力脉冲的作用。因此，可以防止由于与出口通道连接的外部管的影响而使泵能力产生变化。

而且，在上述结构中，优选是增压机构还包括容积改变机构，用于施加压力以便改变该可变容积腔室的容积。

这时，促动器可以用作容积变化机构。

根据该结构，因为提供有用于改变可变容积腔室的容积的容积改变机构，因此可以根据泵室的状态控制可变容积腔室的容积。

在本发明中，优选是增压机构包括通道转换部分，用于在第一模式和第二模式之间转换，在该第一模式中，流出泵室的工作流体引入该可变容积腔室内，而在该第二模式中，流出泵室的工作流体与可变容积腔室隔离。

根据该结构，例如当检测到在泵室中有气泡时，可以通过设置成使流出泵室的工作流体引入该可变容积腔室内的第一模式而利用构成可变容积腔室的弹性部件的弹力来确实按压泵室中的工作流体。另一方面，当泵室中没有气泡时，工作流体控制成并不引入可变容积腔室内，而是排出至泵室外部，这样，可以高效驱动泵。

优选是，具有上述结构的泵还包括压力检测部分，用于检测可变容积腔室的内部压力。

这样，通过提供用于检测可变容积腔室的内部压力的压力检测装置，可以将可变容积腔室的内部压力控制在合适的压力范围内。

在上述泵中，优选是压力检测部分布置在泵室中。

因此，通过检测泵室的内部压力并判断在泵室中是否存留有气泡，可以合适控制泵室和增压机构的驱动。

在上述结构中，优选是通过增压机构增压的可变容积腔室的内部压力的表压范围在大约一个大气压至大约五个大气压之间。

根据该结构，可以尽可能减小存留于泵室中的气泡的容积，以便在使得构成泵的部件不会由压力损坏的情况下排出该气泡。

而且，优选是增压机构包括可变容积腔室、与出口通道连通的流动通道、以及用于打开和关闭流动通道的打开和关闭部件；且增压机构可从出口通道中拆卸，且可变容积腔室和出口通道能够通过将增压机构装入出口通道内而彼此连通。

这样，当可拆卸的增压机构装入出口通道中时，出口通道和增压机构彼此连通，因此，可变容积腔室中的压力升高，从而排出泵室中的气泡。当气泡并不存留于泵室中时，可以在拆下增压机构的状态下形成较小和较轻的泵。

而且，本发明的泵还包括加热部分，该加热部分作为气泡排出装置布置在泵室中。

根据该结构，通过用泵室中的加热部分加热存留的气泡，可以使气泡离开泵室中的停滞点，从而可以很容易排出气泡。

也优选地，加热部分装入泵室壁的内部，或者布置在泵室的拐角位置处。

在泵室中，已知气泡很容易存留于泵室的拐角部分或者在泵室的凸出壁部分处。因此，通过将加热部分装入泵室的壁内部而不产生任何凸出部分，或者通过将加热部分至少布置在泵室的拐角部分处，可以使气泡不能存留，或者使存留的气泡从气泡容易存留的泵室拐角部分排出。

而且，优选是提供有多个加热部分。

这样，通过布置多个加热装置，可以减小单位时间供给加热装置的能量大小，还可以快速排出存留的气泡，同时防止损坏泵。

而且，优选是上述泵还包括用于检测泵室的内部压力的压力检测部分。

因此，通过检测泵室的内部压力，并确实检查在泵室中是否存留有气泡，可以合适控制泵的驱动。

而且，优选是当驱动活塞或活动壁时，加热信号输入加热部分。

因此，通过用加热部分加热泵室中的工作流体，同时允许活塞或隔膜工作，可以升高泵室的内部压力，从而排出存留于泵室中的气泡。

在上述结构中，还优选是将脉冲形加热信号输入加热部分，且与该加热信号同步地驱动活塞或活动壁。

而且，因为前述泵使得加热部分能够以脉冲形状加热工作流体，并使得隔膜能够与该脉冲同步工作，因此可以减小加热部分中的能量消耗，并有效排出存留于泵室中的气泡。

在上述泵中，优选是加热部分加热工作流体，以便改变与加热部分接触的工作流体的相。

因为由于相变而可以在泵室中产生气泡，且可以在泵室中引起复杂和无停滞的、流出出口通道的流动，因此可以很容易排出存留于泵室中的气泡。

附图说明

图1是表示本发明第一实施例的泵的垂直剖视图。

图2是表示本发明第一实施例的泵的内部状态的曲线图。

图3是表示本发明第一实施例的泵的驱动电路的方框图。

图4是表示用于本发明第二实施例的泵的副泵室的隔膜的平面图。

图5是表示本发明第三实施例的泵的一部分的垂直剖视图。

图6是表示本发明第三实施例的泵的驱动电路的方框图。

图7是表示本发明第四实施例的泵的垂直剖视图。

图8是表示本发明第四实施例的泵的驱动电路的方框图。

图9是表示本发明第五实施例的泵的垂直剖视图。

图10是表示本发明第六实施例的增压机构的垂直剖视图。

图11是表示本发明第六实施例的泵的一部分的垂直剖视图。

图12是表示本发明第七实施例的泵的一部分的垂直剖视图。

图13是表示本发明第七实施例的加热器的平面图。

图14是表示本发明第七实施例的加热器的变化实例的平面图。

图15是表示本发明第七实施例的泵的驱动电路的方框图。

图16是表示本发明第七实施例的加热器的另一变化实例的平面图。

图17是表示本发明另一实施例的泵的垂直剖视图。

参考标号

10、100、200：泵

20：泵壳体

21：流入通道

24：副泵室

27：主泵室

28：流出通道

30：进口连接管

31：出口连接管

41、42：止回阀

50：壳体

45、60：隔膜

70：压电元件

71：板形压电元件

具体实施方式

下面将参考附图介绍本发明的实施例。

图1至17中表示了本发明的实施例。

第一实施例

图1至3表示了第一实施例的泵10。

图1是表示本发明第一实施例的泵10的结构的垂直剖视图。在图1中，泵10基本包括：杯形壳体50，层叠压电元件70固定在该杯形壳体50上；流入通道21，用于引入工作流体；流出通道28，用于排出工作流体；以及泵壳体20，该泵壳体20具有副泵室24和主泵室27。

层叠压电元件70的一端通过固定装置(例如粘接剂)而固定在壳体50的内侧底部上，且主泵室隔膜60紧密固定在壳体50的边缘部分的顶表面以及层叠压电元件70的另一端的顶表面上。泵壳体20固定在主泵室隔膜60的顶表面的外周边缘部分上，这样，固定部分保持气密密封。主泵室27形成于主泵室隔膜60和凹部之间的空间内，该凹部形成于泵壳体20的底部中。

另一方面，在泵壳体20的上部有凹部，且副泵室隔膜45气密固定在该凹部的边缘部分的顶表面上，由此形成副腔室24。副泵室隔膜45由比主泵室隔膜60更薄的板部件形成，并可通过副泵室24的内部压力而变形。板形压电元件71固定在副泵室隔膜45的顶表面上。副泵室隔膜45和板形压电元件71形成单压电晶片促动器。

板形压电元件71可以贴附在副泵室隔膜45的两个表面上，以便形成双压电晶片促动器，这时应当知道，板形压电元件71与工作流体接触地紧密安装，同时可以形成具有较大位移的促动器。

下面将介绍沿工作流体流动通道的结构。流入通道21形成从泵壳体20凸出的进口连接管30，并通过副泵室的进口阀孔22以及副泵室的进口阀安装孔23而与副泵室24连通。副泵室的进口止回阀42固定在副泵室的进口阀安装孔23的边缘上，该进口止回阀42作为用于打开和关闭副泵室的进口阀安装孔23的流体阻挡元件。主泵室的进口阀孔25以及主泵室的进口阀安装孔26布置在副泵室24和主泵室27之间。主泵室的进口止回阀42固定在主泵室的进口阀安装孔26的边缘上，该进口止回阀42作为流体阻挡元件，包括能够打开和关闭主泵室的进口阀孔25的打开和关闭部件。

主泵室27与流出通道28连通。流出通道28具有：较窄管部分，该较窄管部分与主泵室27相连；以及较宽管部分，该较宽管部分的截面面积从较窄管部分的中间部分开始变大，该较窄管部分和较宽管部分连续形成。出口通道的外周部分构成出口连接管31。

而且，尽管未示出，由具有弹性的硅橡胶制成的管与进口连接管30和出口连接管31连接。

下面定义流动通道的惯性值。假定流动通道的截面面积为S，流动通道的长度为r，且工作流体的密度为ρ，则获得下面的等式：L＝ρ×r/s。假定流动通道的压力差为ΔP，在流动通道中流动的工作流体的容积流量为Q，那么通过利用惯性值L对流动通道中的流体气动等式进行变形，可以获得下面的等式：ΔP＝L×dQ/dt。

也就是，惯性值L表示单位压力对单位时间容积流量变化的影响程度，其中，当惯性值L增加时，单位时间容积流量变化变得更小，且当惯性值L减小时，单位时间容积流量的变化变得更大。

具有不同形状的多个流动通道的并联连接或具有不同形状的多个流动通道的串联连接可以这样计算，即，通过类似于电路中的电感的并联连接或串联连接的方式对各流动通道的惯性值进行组合。例如，当惯性值分别是L1和L2的两个流动通道串联连接时，合成的惯性值表示为L1+L2。

下文中所述的进口通道的意思是从主泵室27的内部延伸至主泵室的进口阀孔25的进口端表面的流动通道。在本发明的第一实施例中，因为有副泵室隔膜45(作为脉冲吸收装置)的副泵室24与流动通道的中间部分连接，因此，进口通道的意思是从主泵室27的内部延伸至脉冲吸收装置的连接部分的流动通道。

因此，当副泵室隔膜45具有较高刚性，因此具有较小脉冲吸收效果时，需要计算直到脉冲吸收装置(例如在副泵室24的上游的管)的主泵室进口通道的合成惯性值。

出口通道的意思是延伸至流出通道28的出口端表面的流动通道，因为作为脉冲吸收装置的管与出口连接管31连接。

然后，确定止回阀的打开和关闭部件的惯性值。打开和关闭装置的惯性值总是与该打开和关闭部件的质量以及由该打开和关闭部件关闭的流动通道(阀孔)的截面面积相关，表示为：(打开和关闭部件的惯性值)＝((打开和关闭部件的质量)/(由打开和关闭部件关闭的流动通道的截面面积)2)。当通过使流动通道从打开和关闭部件整个关闭流动通道的状态打开而有较小流量时，该打开和关闭部件的惯性值表示单位压力对单位时间容积流量变化的影响程度，与流动通道的惯性值类似，其中，当惯性值增大时，单位时间容积流量变化变得更小，而当惯性值降低时，单位时间容积流量变化变得更大。

下面将参考图2介绍第一实施例的泵在工作时的内部状态。其中还参考图1。

图2是曲线图，表示当主泵室27和副泵室24充满工作流体(在本发明第一实施例的泵10中，该工作流体是液体(水))时，层叠压电元件70的驱动电压(V)与主泵室27的压力(MPa)(表示为关于时间的绝对压力)的波形关系。在图2中，因为层叠压电元件70随驱动电压增大而膨胀，因此，主泵室隔膜60升高，从而压缩主泵室27的容积。在图2中可以看见，在经过驱动电压的波谷后，由于主泵室27压缩，因此压力开始增加，且在经过具有最大向上斜率的驱动电压点之后，主泵室27的内部压力快速降低，并基本回落至0绝对压力。

特别是，首先，当在主泵室的进口止回阀42关闭的状态下压缩主泵室27时，由于流出通道(出口通道)28的较大惯性而使主泵室27的内部压力大大增加。通过增加主泵室27的内部压力，在较小管部分中的工作流体加速，因此积累产生惯性效应的动能。当层叠压电元件70的膨胀和收缩速度的斜率降低时，由于在出口通道中的工作流体积累的动能所形成的惯性效应，工作流体将连续流动，因此，主泵室27的内部压力快速降低，从而变得小于副泵室24的内部压力。

这时，主泵室的进口止回阀42由于压力差而打开，因此，工作流体从副泵室24流入主泵室27内。这时，因为主泵室27的进口通道的合成惯性值以及主泵室的进口止回阀42(作为打开和关闭部件)的惯性值足够小于上述出口通道的惯性值，因此导致工作流体高效流入。

主泵室27的流出和流入同时发生的该状态持续，直到层叠压电元件压缩和然后再次膨胀。这表示为图2中的主泵室27的内部压力的扁平部分。

也就是，在本发明第一实施例的泵10中，因为长时间持续排出和吸入，因此允许较大容积流量流动，且因为泵室内部有非常高的压力，因此可以处理高负载压力。

这时，在副泵室24中，副泵室隔膜45通过变形来吸收副泵室24的内部压力脉冲。因此，从具有较大惯性值的流入通道21流向副泵室24的工作流体流流入是具有很小脉冲的静态流，且副泵室的进口止回阀41持续打开。这样，副泵室隔膜45的效果是抑制流入通道21的脉冲，同时通过它的变形而使主泵室27的进口通道的惯性值较小。这时，因为副泵室的进口止回阀41持续为打开状态，因此不会出现例如产生流阻或疲劳失效的问题。

下面将参考图1和3介绍当泵10开始它的操作时的起动作用(priming action)。

图3是本发明第一实施例的驱动电路系统的方框图。起动作用是这样的作用，即在空气泡存留于泵内的情况下，当起动还没有自动吸收液体的能力的主泵室时，液体利用另一泵来充装。在图3中，泵10的驱动电路系统包括：层叠压电元件70，用于驱动主泵室隔膜60；板形压电元件71，用于驱动副泵室隔膜45；转换电路85，该转换电路85作为驱动转换控制单元，用于在层叠压电元件70和板形压电元件71之间转换驱动；以及泵驱动控制电路80，用于控制泵10的驱动。

在工作流体并没有装满主泵室27的情况下，在泵操作的开始阶段，由泵驱动控制电路80产生的驱动电压通过转换电路85而施加在板形压电元件71(该板形压电元件71安装在副泵室隔膜45上)上。该驱动电压例如是正弦波。因为副泵室隔膜45由薄板部件形成，并构成具有较大位移量的单压电晶片促动器，因此，副泵室24通过驱动电压而产生较大容积变化。副泵室的进口止回阀41布置在副泵室24的进口侧，且主泵室的进口止回阀42布置在该副泵室24的出口侧。主泵室的进口止回阀42起到副泵室24的出口止回阀的功能。

因为副泵室24包括在进口和出口的止回阀，并因此具有较大的容积变化量，所以，该副泵室起到能够传送气体和液体的泵的功能，且因为副泵室24和主泵室27排出气体，并从而充满作为工作流体的液体，因此，该泵可以通过主泵室27的容积变化而工作。在通过定时器(未示出)而过去足够时间后，转换电路85转换成向层叠压电元件70施加驱动电压，从而能够自动进行高功率操作。

而且，在主泵室27的工作过程中，可以通过检测板形压电元件71的端电压来检测副泵室隔膜45的工作状态。当在主泵室27的工作流体中存留有气泡而削弱泵的能力时，副泵室隔膜45的操作量减小。这时，通过利用板形压电元件71使副泵室隔膜45工作，从而排出气泡，然后转换驱动电压，这样，主泵室隔膜60由层叠压电元件70驱动，可以恢复泵能力。起动作用通过执行前述驱动控制来实现。

在前述第一实施例中，因为副泵室24包括在进口和出口处的止回阀41、42，并从而有较大容积变化量，因此，该副泵室能够起到传送气体和液体的泵的功能，且因为副泵室24和主泵室27排出气体，并从而充满作为工作流体的液体，因此，该泵可以通过主泵室27的容积变化而工作。

在通过定时器计时而过去足够时间后，转换电路85转换成向主泵室27的层叠压电元件70施加驱动电压，从而能够自动进行高功率操作。

而且，在主泵室27的工作过程中，可以通过检测板形压电元件71的端电压来检测副泵室隔膜45的工作状态。当在主泵室27的工作流体中存留有气泡而削弱泵的能力时，副泵室隔膜的操作量减小。这时，通过利用板形压电元件71使副泵室隔膜45工作，从而排出气泡，然后转换驱动电压，这样，主泵室隔膜60由层叠压电元件70驱动，可以恢复泵能力。

而且，因为主泵室进口通道是副泵室出口通道，且用于打开和关闭主泵室进口通道的流体阻挡元件(止回阀42)是用于打开和关闭副泵室出口通道的流体阻挡元件，因此，工作流体的流动通道缩短，这样，可以减小流动通道的流阻。因此，可以简化泵10的结构，并减少部件数目，从而实现低成本。

在上述第一实施例中，已经介绍了当隔膜60用作使主泵室27的容积变化的装置时的情况，但是本发明的目的也可以通过使用活塞来实现。

第二实施例

下面将参考图4介绍本发明的第二实施例。

第二实施例的泵的基本结构与前述第一实施例类似，但是与第一实施例的区别在于：贴附在副泵室24的板形压电元件71上的驱动电极52的一部分为分开的，并形成检测电极53。

图4是本发明第二实施例的泵在从副泵室隔膜侧看时的平面图。在图4中，形成于板形压电元件71上的电极52的一部分是分开的，以便形成检测电极53，该板形压电元件71贴附在副泵室隔膜45的顶表面上。

下面将介绍该检测电极的功能。在起动作用过程中例如起动泵时，在前述第一实施例中，驱动电压施加在板形压电元件上。不过，在第二实施例中，因为检测电极53隔离开，因此，即使在起动作用过程中(当驱动电压施加在板形压电元件71上时)，也可以检测副泵室隔膜45的运动。当副泵室24中的气体通过副泵室隔膜45的操作而排出，从而使液体充满副泵室24时，由于副泵室的压缩比差，因此不久之后主腔室27中充满工作流体，由此副泵室隔膜45的运动减小。因此，当长管与流入侧连接时，与进行时间管理的情况相比，可以更准确地检测起动作用结束时的正时，因此，可以在很短时间内将驱动电压转换至安装在主泵室隔膜60上的层叠压电元件70。

而且，通过使驱动电路与主泵室隔膜60和副泵室隔膜45的各压电元件独立连接，并一直监测检测电极53，从而即使在泵工作过程中由于混入气泡等而使操作失效，也可以在不转换电路的情况下正确执行起动作用。

因此，根据上述第二实施例，因为检测电极53隔离开，因此，在起动作用过程中也可以检测副泵室隔膜45的运动，并可以准确地检测起动作用结束时的正时，因此，可以在很短时间内将驱动电压转换至安装在主泵室隔膜60上的层叠压电元件70。

而且，通过使驱动电路与主泵室隔膜60和副泵室隔膜45的各压电元件独立连接，并一直监测检测电极，从而即使在泵工作过程中由于混入气泡等而使操作失效，也可以在不转换电路的情况下正确执行起动作用。

第三实施例

下面将参考图5和6介绍本发明的第三实施例。第三实施例的泵的基本结构与前述第一实施例类似，但是与该第一实施例的区别在于该泵包括在主泵室27中的压力传感器90。与第一实施例相同的构成元件的说明将省略。

图5是本发明第三实施例的泵的垂直剖视图，而图6是本发明第三实施例的泵的驱动电路的方框图。在图5中，两个台阶形凹部35形成于主泵室27的内部顶壁中。由与前述板形压电元件71相同的材料制成的压力传感器90固定在该凹部35的、靠近主泵室27的台阶上。未示出的电极形成于压力传感器90的表面上，且该压力传感器与后面将介绍的泵驱动控制电路80(见图6)连接。凹部35有间隙，这样，该压力传感器90在弯曲时不会与壁接触。

在图6中，泵10的驱动电路系统包括：层叠压电元件70，用于驱动主泵室隔膜60；板形压电元件71，用于驱动副泵室隔膜45；压力传感器90，用于检测主泵室27的内部压力；以及泵驱动控制电路80，用于控制泵10的驱动。

在图5和6中，当气泡存留于主泵室27中时，主泵室27的内部压力降低。该状态由压力传感器90检测到，且驱动信号从泵驱动控制电路80输出至板形压电元件71，从而驱动副泵室隔膜45，以便增加副泵室24的内部压力。因此，存留于主泵室27中的气泡从泵室排出。也就是，副泵室隔膜45的板形压电元件71随主泵室27的内部压力变化同步驱动。

在第一至第三实施例中，所构成的泵并不包括在主泵室27的流出通道28侧的止回阀，但是在包括止回阀和所需起动作用的泵中，可以获得类似优点。

因此，根据第三实施例，因为压力传感器90布置在主泵室27中，因此可以准确检测由于气泡混入主泵室27中而引起的工作故障。而且，在本发明的第三实施例中，因为副泵室隔膜45的板形压电元件71可以与主泵室隔膜60同步驱动，因此可以进一步提高主泵室27的抽吸效率，从而可以提供更高功率的泵。

第四实施例

下面将参考图7和8介绍本发明的第四实施例。第四实施例基本有第一实施例的技术精神，但是与第一实施例的区别在于设有增压机构150，该增压机构150作为气泡排除单元代替副泵室24(见图1)。

图7是本发明第四实施例的泵的垂直剖视图。在图7中，泵100基本包括：杯形壳体50，层叠压电元件70固定在该杯形壳体50上；流入通道121，用于引入工作流体；流出通道128，用于排出工作流体；泵壳体120，该泵壳体120有泵室127；以及增压机构150(在图中以虚线包围)，用于向泵室127施压。

在杯形壳体50中，层叠压电元件70的一端固定在该杯形壳体50的内侧底部上，隔膜60固定在壳体50的边缘部分以及层叠压电元件70的另一端的顶表面上。泵壳体120气密固定在隔膜60的顶表面上，且泵室127形成于在隔膜60和泵壳体120的底部之间的空间内。

流入通道121和流出通道128形成为通向泵室127。在流入通道121中，作为用于打开和关闭流入通道121的流体阻挡元件的止回阀122布置在与泵室127连接的部分处。构成流入通道121的柱形部分的外周的一部分起到进口连接管130的作用，将与未示出的外部管连接。流出通道128包括：较窄管形部分，该较窄管形部分与泵室127相连；较宽管形部分，该较宽管形部分的截面面积以连续形成方式变大。构成流出通道128的柱形部分的外周起到出口连接管131的作用，将与未示出的外部管连接。例如，由硅橡胶制成的管可以用作外部管。

压力传感器90固定在泵室127的内部顶壁上，该压力传感器90作为用于检测泵室127的内部压力的压力检测部分。

泵100设置有增压机构150，在图中，该增压机构由虚线包围。

增压机构150包括：金属波纹管151，该金属波纹管为弹性部件；促动器170，该促动器170由作为波纹管151的容积变化机构的压电元件而形成；以及断流阀140，用于切断在流出通道128中的工作流体的运动。波纹管151紧密固定在出口连接管131的侧表面上，且它的开口部分152与流动通道132连接，该流动通道132与流出通道128连通。

可变容积腔室形成于波纹管151内部，且压力传感器91布置在该波纹管151内部，该压力传感器91作为用于检测波纹管151的内部压力的压力检测部分。波纹管151的容积通过促动器170而变化。

在第四实施例中，促动器170的、与波纹管151相反侧的端部固定在进口连接管130的侧部，且该促动器通过未示出的驱动部分而往复运动。促动器包括用于压缩波纹管151的按压部分171，且该按压部分由泵驱动控制电路180(见图8)驱动。

此外，流出通道128的较宽管部分的、在与波纹管151连接的位置处的截面面积是较窄管部分的截面面积的两倍。因此，流过与波纹管151连接的流动通道132的流体的速率降低，从而可以使流体在经过流动通道时的能量损失减小。

在第一实施例中已经介绍了对驱动本发明的泵很重要的惯性值关系，因此省略对它的说明。在第四实施例中的进口通道和出口通道将进行定义。

在用于使工作流体流入泵室127的流动通道中，从泵室127的开口部分延伸至与脉冲吸收装置连接处的流动通道定义为进口通道。这里，脉冲吸收装置是充分减小流动通道的内部压力变化的装置。此外，由例如硅橡胶、树脂、薄金属等材料(这些材料可以很容易地通过内部压力而变形)制成的流动通道、与流动通道相连的储能器、用于组合具有多个不同相位的压力变化的组合流动通道等都相当于脉冲吸收装置。

在第四实施例中，因为外部管例如硅橡胶管与进口连接管130连接，从泵室127的开口部分延伸至流入通道121中的硅橡胶管(即该流入通道121自身)的连接侧端表面的流入通道定义为进口通道。

此外，出口通道的定义类似于进口通道。也就是，在工作流体从泵室127排入的流动通道中，从泵室127的开口部分延伸至与脉冲吸收装置连接的部分的流动通道定义为出口通道。在本发明的第四实施例中，因为在流出通道128途中的波纹管151具有在后面所述的排出模式中吸收压力脉冲的功能，因此，从泵室127的开口部分延伸至与波纹管151连接的部分的流出通道128定义为出口通道。

下面将介绍第四实施例的泵100以排出模式驱动时的情况。

排出模式的意思是当工作流体能够朝着流出通道128的下游流出时的工作模式，并在工作流体充满泵室127的情况下进行，因此气泡不会存留在泵室127中。这时，断流阀140并不断开流出通道128。促动器170的按压部分171与波纹管151分离，如图7所示。因此，波纹管151可以通过内部压力而自由变形，且该波纹管151起到减小在流出通道128中的压力脉冲的功能。因此，即使当由任意材料制成的外部管与出口连接管131相连时，出口通道的惯性值也不受影响，因此，可以防止泵的能力由于外部管而变化。仅仅将弹性部件形成的可变容积腔室代替波纹管151时，也可以获得相同的优点。

下面将介绍第四实施例的泵100在驱动时的内部状态。泵100的内部状态与上述第一实施例(见图2)类似，它们的说明将省略，因此将详细介绍第四实施例的特征。

下面将参考图2和7介绍特征。在图2中，可以看见，泵室127的内部压力升高至大约2MPa，第四实施例的泵100使泵室127中产生高压，从而获得高功率。因此，特别当气泡存留于泵室127中时，在层叠压电元件70从它的最大收缩状态变成它的最大膨胀状态的过程中，由于隔膜60的变形而产生的泵室127容积变化(下文中称为排斥容积)用于压缩该气泡，因此无助于增加泵室127的内部压力，从而使泵不能合适工作。因此，重要的是快速排除存留的气泡。

下面将参考图7和8介绍第四实施例的泵100以气泡排出模式驱动时的情况。

图8是第四实施例的泵100的驱动电路的方框图。其中，气泡排出模式的意思是当在泵室127中存留有气泡时将执行的工作模式。在图8中，泵100的驱动电路系统包括：压力传感器90(见图7)，用于检测泵室127的内部压力；压力传感器91，用于检测波纹管151的内部压力；增压机构150；以及用于控制它们的泵驱动控制电路。

下面将介绍当泵以气泡排出模式驱动时已有气泡通过增压机构150的排出。

当在驱动状态下、压力传感器90检测的泵室最大内部压力小于泵室在正常驱动时的最大内部压力时，特别是为该最大内部压力的一半或更小时，泵驱动控制电路180判断在泵室127中存留有气泡。然后，泵驱动控制电路180向增压机构150发出指令。根据该指令，首先，断流阀140转换成并不断开流出通道128。然后，图7中的促动器170允许按压部分171向左伸展，并与波纹管151接触，然后沿向左方向压缩波纹管151，这样，由波纹管151形成的腔室的容积大大减小。因此，存留于由波纹管151形成的腔室中的气泡能够从断流阀140向下游流出。

然后，断流阀140断开流出通道128，促动器170使得按压部分171缩回并与波纹管151分离。因为波纹管151由弹性部件形成，它通过自身弹力而恢复至初始状态。这样，工作流体充满波纹管151。随后，促动器170能够再次压缩波纹管151。因此，从波纹管151内部至泵室127的工作流体的压力可以升高。

存留于泵室127中的气泡容积通过按压而减小，且气泡的容积可以充分小于排斥容积(exclusion volume)。这时，需要将波纹管151的腔室设置成大约一个大气压或更大表压，优选是压力在大约一个大气压和五个大气压之间。通过使泵驱动控制电路180能够根据由压力传感器91(该压力传感器91用于检测由波纹管151形成的腔室的压力)检测的值，来控制用于压缩波纹管151的促动器170，可以升高波纹管151的内部压力直到合适压力。

随后，当驱动层叠压电元件70时，与排出模式类似，泵室127的内部压力足够升高，工作流体从泵室127排出至流出通道128。存留于泵室127中的气泡通过泵室127中的工作流体的流动而流入波纹管151中。

泵驱动控制电路180包括定时器(未示出)，用于计数在断流阀140断开流出通道128之后驱动层叠压电元件70的时间。在由定时器计数预定时间间隔(该预定时间间隔作为足以排出存留于泵室127中的气泡的时间)之后，断流阀140解除流出通道128的断开，且促动器170缩回至与波纹管151分开的位置。然后结束气泡排出模式。

这时，由于从泵室127排出的工作流体，波纹管151的内部压力升高，但是该波纹管设计成这样，即由于压力的变形限制在弹性变形的允许范围内。这样，通过由弹性部件形成可变容积腔室，压力可以由于引入工作流体而平滑升高，从而可以防止破坏泵100的构成元件。

此外，泵驱动控制电路180能够通过利用由布置在波纹管151中的压力传感器91检测的值来控制促动器170，因此可以确实抑制波纹管151的内部压力升高。

泵可以构成这样，即释放阀布置在波纹管151中，且可以在波纹管151的内部压力升高太大时通过打开释放阀而确实抑制波纹管151的内部压力升高。

因此，在第四实施例中，因为设置了用于升高和保持泵室127中的工作流体压力的增压机构150，因此，当在泵室127中存留有气泡，且泵室127的内部压力减小、并因此不能排出工作流体时，可以升高和保持泵室127中的工作流体压力。因此，气泡的容积减小，这样，可以通过利用隔膜60的操作来压缩泵室127容积，从而可以排出泵室中的气泡。

增压机构150按压波纹管151，但是因为波纹管151的可变容积腔室与流出通道128连通，因此可以在与流出通道128连通的泵室127中简单地产生高压。

因此，通过由弹性部件形成可变容积腔室，由于工作流体引入可变容积腔室而引起的压力增加平滑。因此，可以防止泵的构成元件由于压力而损坏。而且，通过由弹性部件形成可变容积腔室，可变容积腔室能够有减小在出口通道中的压力脉冲。因此，可以防止泵能力由于与出口通道连接的外部管的影响而变化。

第四实施例的第一变化实例

在上述第四实施例的变化实例中，例如可以通过任意设定由泵驱动控制电路180的定时器计数的时间间隔，以及通过使泵在气泡排出模式结束后以排出模式工作，从而检查泵室127中的压力传感器90的检测值。

根据该变化实例，通过重复进行气泡排出模式工作，直到气泡排出，这可以确实排出气泡。

在上述第四实施例中，因为当利用泵室127中的压力传感器90判断存留有气泡时才执行气泡排出模式工作，该气泡排出模式工作并不是浪费地进行，而是可以以合适的时间间隔执行气泡排出模式工作。

这时，可以省略压力传感器90，从而可以简化结构。

而且，当流出通道121和流出通道128与外部管连接时，可以在没有断流阀140的情况下通过用促动器170按压波纹管151而升高和保持泵室127的内部压力，从而有相同的优点。而且，尽管设置有促动器170以便按压波纹管151，但是即使当设置有显示装置，用户可以通过该显示装置观察压力传感器91的输出，且用户可操作断流阀140以便按压波纹管151时，也可以获得相同的优点。

第四实施例的第二变化实例

在第四实施例中，压力传感器90作为泵室127中的泵室压力检测装置，但是也可以采用不同装置。

例如，泵室127的内部压力可以通过用应变仪或位移传感器测量隔膜60的变形来计算。

而且，泵室127的内部压力可以通过用应变仪测量壳体50的变形来计算。

而且，泵室127的内部压力可以通过用应变仪或位移传感器测量当止回阀122关闭时打开和关闭部件的变形来计算。

而且，泵室127的内部压力可以通过用电流传感器测量用于驱动层叠压电元件70的电流来计算。而且，通过在层叠压电元件70中设置应变仪，泵室127的内部压力可以根据施加给层叠压电元件70的电压以及应变仪的测量值来计算。这时，通过使用电阻变化、电容变化或电压变化检测变形量的任意类型应变仪都可以使用。作为波纹管151的内部压力检测装置，可以采用通过由应变仪检测波纹管151的变形而计算压力的结构。

第四实施例的第三变化实例

在上述第四实施例中，压电元件用作促动器170，但是除了压电元件外，也可以采用电磁型促动器、形状记忆金属型促动器等。因为形状记忆金属型促动器可以利用简单结构实现较大量的变形，因此为优选。

而且，形成可变容积腔室的弹性部件可以由橡胶或树脂材料制成，但是由金属制成的弹性部件特别优选，因为它能够防止工作流体的蒸发。而且，可变容积腔室可以为薄膜形或隔膜形，但是因为在第四实施例中所述的波纹管形可以引起较大量的变形，且层叠压电元件70可以在气泡排出模式下驱动很长时间，因此，它的优点是使气泡能够很容易排出。

因此，根据第四实施例的变化实例的结构，可以获得与第四实施例类似的优点。

下面将参考图9介绍本发明第五实施例的泵。

第五实施例的泵的基本结构类似于第四实施例(见图7)，但是与该第四实施例的区别在于该泵有在第一模式和第二模式之间转换的结构，在该第一模式中，流出泵室127的工作流体引入由波纹管151形成的腔室内，而在该第二模式，由波纹管151形成的腔室与流出泵室127的工作流体流断开。因此主要介绍该区别点。相同功能部件以与第四实施例(见图7)相同的参考标号表示。

图9表示了第五实施例的泵100的垂直剖视图。在图9中，由虚线包围的增压机构150布置在流出通道128中。该增压机构150包括：金属波纹管151，该金属波纹管151由弹性部件形成；以及转换阀190(在图中由双点划线包围)，该转换阀190是通道转换装置。转换阀190包括：转换阀182，用于打开和关闭流动通道132，该流动通道132在由波纹管151形成的腔室的开口部分152处与流出通道128连通；以及转换阀183，用于打开和关闭流出通道128。

转换阀190的作用是在第一连接状态和第二连接状态之间转换，在该第一连接状态，通过打开转换阀183而使从泵室127延伸至转换阀182的流出通道128与在下游侧的流出通道128彼此连通，且通过关闭转换阀182而使由波纹管151形成的腔室与流出通道128断开；而在该第二连接状态，从泵室127延伸至转换阀182的流出通道128与由波纹管151形成的腔室彼此连通，且在转换阀183下游侧的流出通道128通过关闭转换阀183而断开。

在流出通道128中，流出通道128的、在布置转换阀183的位置处的截面面积是流出通道128的、与泵室127连接的较窄流动通道部分的截面面积的两倍。原因已经在第四实施例中介绍。作为波纹管的内部压力检测装置的压力传感器91布置在波纹管151内，用于检测由波纹管151形成的腔室的压力。

这里，在第五实施例中，进口通道和出口通道的定义以及惯性值的关系都与第四实施例相同。

下面将介绍第五实施例的泵100以排出模式驱动时的情况。在第五实施例中，在排出模式下，转换阀190转换至第一连接状态，以便使工作流体能够朝着流出通道128的下游侧流出。这时，当驱动层叠压电元件70时，在泵室127中的压力板形与第一实施例(见图2)类似。因此，与第一实施例类似，因为排出和吸收同时进行，因此可以传送较大容积流量，且因为泵室有非常高的内部压力，因此可以处理很高负载压力。另一方面，当在泵室127中存留有气泡时，在第一实施例中已经说明该泵不能合适工作。

下面将介绍气泡排出模式，当在泵室中存留有气泡时执行该气泡排出模式。而且，尽管未示出，在转换阀控制系统中，当泵驱动控制电路判断在泵室127中存留有气泡时，泵驱动控制电路向转换阀190发出指令，从而使转换阀190从第一连接状态转换至第二连接状态。

这时，因为波纹管151的内部增压至大约一个大气压或更高表压(优选是增加至大约一个大气压和五个大气压之间)，泵室127基本增压至上述压力。这样，通过由弹性部件形成可变容积腔室，可以只通过弹性部件的弹性力来施加压力。

因为通过按压使得存留在泵室127中的气泡容积变得小于泵室127的排斥容积，气泡通过层叠压电元件70的驱动而排出至波纹管151内，如第四实施例所述。因为泵驱动控制电路包括定时器(未示出)，该定时器用于计数在转换阀190转换至第二连接状态之后驱动层叠压电元件70时的时间间隔，通过使用定时器，计数的预定时间间隔为足以排出存留于泵室127中的气泡的时间间隔，然后，转换阀190转换至第一连接状态，气泡排出模式结束。

这时，波纹管151的内部压力通过从泵室127排出的工作流体而升高，但是该波纹管设计成将由于内部压力引起的变形限制在弹性变形的允许范围内。而且，泵可以构成这样，即未示出的释放阀布置在波纹管151中，且可以在波纹管151的内部压力升高太大时通过打开释放阀而抑制波纹管151的内部压力升高，从而可以将内部压力保持为大约一个大气压或更高表压的恒定值，且优选是该恒定值在大约一个大气压和五个大气压之间。在气泡排出模式中，排出存留的气泡，从而可以恢复泵能力。

下面将参考图8介绍波纹管按压模式，该波纹管按压模式将执行为使波纹管151的内部压力保持大约一个大气压或更高表压，优选是在大约一个大气压和五个大气压之间的值。

波纹管151的内部压力通过布置在波纹管151中的压力传感器91来检测。当检测的压力小于大约一个大气压的表压时，由泵驱动控制电路180向增压机构150发出指令，从而使转换阀190转换至第二连接状态。然后，通过层叠压电元件70驱动隔膜60，从而使流体能够流出泵室127并流向流出通道128，类似于排出模式。

然后，工作流体通过转换阀182流入波纹管151中，从而压缩由波纹管151形成的腔室的内部。当泵驱动控制电路180根据压力传感器91的检测值确认波纹管151的内部压力达到大约一个大气压或更高表压，且优选是在大约一个大气压和五个大气压之间的值时，由泵驱动控制电路180向增压机构150发出指令，从而使转换阀190转换至第一连接状态，并结束波纹管按压模式。通过执行该工作模式，即使当转换阀190等中产生泄漏时，波纹管151的内部也可以总是保持设定压力，从而可以等待气泡排出模式。

在上述第五实施例中，转换阀190包括两个阀，但是也可以使用集成的三通阀等。因为可以气密关闭的孔(未示出)布置在波纹管151中，因此，当太多气泡收集在波纹管151中时，可以通过该孔排出气泡。

在上述第五实施例的变化实例中，当时间和波纹管151的泄漏量之间的关系为已知时，在波纹管中没有设置压力传感器91的情况下，可以每隔预定时间间隔执行波纹管按压模式。这样，通过由先前的波纹管按压模式结束之后直到当前波纹管按压模式开始之前的时间而得出泄漏量，可以驱动层叠压电元件维持所需时间，以便使得容积与泄漏量相同的工作流体能够从泵室127流入波纹管151内。

而且，通过在没有设置压力传感器91的情况下，在由波纹管151形成的腔室中设有未示出的释放阀，可以每隔预定时间间隔执行波纹管按压模式。因此，如果在执行波纹管按压模式时波纹管151的内部压缩至高于由释放阀设定的压力，释放阀将打开，从而使工作流体泄漏，这样，可以使波纹管151的内部保持恒定压力。

在上述说明中，在第四实施例中所述的压力传感器可以同样用作在泵室127中用于检测泵室127内部压力的压力传感器90以及在波纹管151中的压力传感器91。

因此，根据第五实施例，增压机构150设置有通道转换装置，用于在第一模式和第二模式之间转换，在该第一模式中，流出泵室127的工作流体引入波纹管151的腔室内，而在该第二模式中，波纹管151的腔室与流出泵室127的工作流体流断开。因此，可以通过构成可变容积腔室的弹性部件的弹性力而确实压缩泵室127中的工作流体。

而且，因为设置了用于检测可变容积腔室的内部压力的压力传感器91，因此可以将可变容积腔室的内部压力控制在合适压力范围内。而且，因为压力传感器90布置在泵室127中，因此可以检测在泵室127中是否存留有气泡。

而且，因为由增压机构150施加的压力设置成在大约一个大气压和五个大气压的表压之间的值，因此可以使存留于泵室中的气泡容积尽可能减小以便排出，同时不会由于该压力而损坏泵的结构部件。

第六实施例

下面将参考图10和11来介绍本发明第六实施例的泵。

本发明第六实施例的基本结构与上述第四实施例类似，除了增压机构，因此将详细介绍它们之间的区别。第六实施例的泵在不使外部管与流出通道128连接的情况下使用，它的结构并不需要在第四和第五实施例中所述的转换阀(见图7和9)，且它的特征在于增压机构150可从出口通道128上拆卸。

图10表示了第六实施例的单独增压机构的垂直剖视图。在图10中，增压机构150包括波纹管151和阀壳体153，波纹管151固定在该阀壳体153上，且该增压机构150装有阀156。

如上面第四实施例所述，存留工作流体的可变容积腔室以及开口部分152形成于波纹管151内，该波纹管紧密固定在阀壳体153的端部。

阀壳体153包括：开口部分152，该开口部分152与波纹管151连通；进入孔155，泵100的出口连接管131(见图11)插入该进入孔155内；阀安装孔154，该阀安装孔154与开口部分152以及进入孔155连通，且阀156安装在该阀安装孔154中；以及杆插入孔160，阀156的杆159插入该杆插入孔160内。用于防止工作流体从出口连接管131和进入孔155的连接部分处泄漏的密封部件165配合装入该进入孔155的中间部分处。

阀156与杆159连接，杆插入孔160在它们之前，且有固定该杆159的垫片157。工作流体可通过的通孔158形成于垫片157中。此外，线圈弹簧161用于向阀156施力以便密封杆插入孔160，线圈弹簧161布置在垫片157和进入孔155的内壁之间。

波纹管151的可变容积腔室通过波纹管151的弹性力压缩在大约一个大气压至五个大气压的表压范围内，与第四和第五实施例类似。

图11是表示上述增压机构150装入泵100的出口连接管131中的状态的局部垂直剖视图。在图11中，增压机构150的进入孔155插入出口连接管131中。这时，出口连接管131的前端部分与垫片157接触，并压缩线圈弹簧161，从而使阀156运动至打开杆插入孔160的位置。这时，出口通道128与由波纹管151包围的腔室彼此连通，从而使工作流体能够流过它们之间的通孔158。

下面将介绍在第六实施例的泵100中没有存留气泡时的情况。该情况将参考图10和11介绍。

在第六实施例的泵100中没有存留气泡时的正常状态下，增压机构150与出口通道128分离，以便是工作流体从流出通道128排出。这时，使工作流体排出至流出通道128的原理与第一实施例类似。因此，当气泡存留于泵室127中时，将阻碍泵室中的压力增加，因此大大降低泵能力，因此，重要的是快速排除气泡。

下面将介绍在泵室127中存留有气泡时的情况。

当存留有气泡时，工作流体从流出通道128流出的量大大减小。因此，当用户观察到从流出通道128流出的量减小时，用户将增压机构150安装在出口连接管131上(见图11)。在图11中，通过由出口连接管131的端部以比线圈弹簧161的弹性力更大的力来按压垫片157，从而使线圈弹簧161收缩，因此使阀156打开，且在垫片157中用于工作流体的通孔158与打开的阀156彼此连通，因此，流出通道128与波纹管151的内部(腔室)连接。

这样，因为存留于泵室127中的气泡容积通过压缩泵室127的内部而减小，因此，存留的气泡可以通过流出通道128而排出至波纹管151内，如第四和第五实施例所述。这时，设置有用于防止出口通道128和波纹管151错误连接的锁定机构。

在本实施例中，通过在波纹管151中设置释放阀而抑制波纹管的内部压力升高。而且，通过在波纹管151中设置可以气密密封的孔，可以排出存留于波纹管中的气泡。

因此，根据第六实施例，因为增压机构可自由拆卸，因此当增压机构配合安装在出口通道中时，出口通道和增压机构彼此连通，且可变容积腔室的内部压力升高，从而排出泵室中的气泡。当在泵室中没有气泡时，通过分离增压机构，可以形成较小和较轻的泵。

第七实施例

下面将参考图12至14介绍本发明的第七实施例。该第七实施例具有与上述第一至第六实施例相同的基本结构和工作流体排出操作，但是与它们的区别在于设置有加热部分作为泵室的气泡排出装置。

因此，将详细介绍在加热部分和气泡排出之间的关系。

图12表示了第七实施例的泵200的垂直剖视图。在图12中，泵200基本包括：杯形壳体50，层叠压电元件70固定在该杯形壳体50上；流入通道221，用于引入工作流体；流出通道228，用于排出工作流体；泵壳体220，该泵壳体220有泵室227；以及环形加热器212，该环形加热器212布置在泵室227内。

在壳体50中，层叠压电元件70的一端部固定在内侧底部上，隔膜60固定在壳体50的两个边缘部分以及层叠压电元件70的另一端部上。泵壳体220气密固定在隔膜60的顶表面上，且泵室227形成于在隔膜60和泵壳体220的底部之间的空间内。

流入通道221和流出通道228形成为朝着泵室227。在流入通道221中，作为用于打开和关闭流入通道221的流体阻挡元件的止回阀222布置在与泵室127连接的部分处。构成流入通道221的柱形部分的外周的一部分起到进口连接管230的作用，将与未示出的外部管连接。构成流出通道228的柱形部分的外周的一部分起到出口连接管231的作用，将与未示出的外部管连接。这里，作为未示出的外部管，例如可以使用由硅橡胶制成的管。

流入通道221自身定义为进口通道，流出通道228自身定义为出口通道。在惯性值的关系中，如上所述，进口通道侧的合成惯性值设置成小于出口通道侧的惯性值。

此外，环形加热器212固定在泵室227的内部顶壁的外周拐角部分上。该加热器212气密插入和固定在泵室227的顶壁的拐角部分上，因此，该加热器并不从泵室227的顶壁表面朝着泵室凸出。

图13是图12中所示的泵壳体220从泵室侧看时的平面图。

在图13中，加热器212布置在泵室227的拐角部分很容易存留气泡的位置。加热器212通过将电阻部件固定在氧化铝等陶瓷基质上，然后在上面涂覆绝缘膜而形成。各种部件可以用作电阻部件，但是优选是使用具有高熔点的部件，特别是铂或铂合金。尽管未示出，用于向加热器212供电的引线通过泵壳体220引出。

泵室227的内部设置有未示出的压力传感器90(见图15)。

下面将参考图14介绍第七实施例的加热器212的变化实例。

在图14中，加热器212形成为圆板形状的薄板，并固定在泵室227的顶壁表面的较宽范围上，但是除了流入通道221和流出通道228的周围部分。加热器212插入泵室227的顶壁内，从而使它并不从顶壁表面凸出。

下面将介绍第七实施例的泵200以工作流体排出模式进行驱动时的情况。

排出模式是并不向加热器212供电，且电压只施加在压电元件70上的模式。因为排出模式已经在上述第一至第六实施例中介绍，因此将省略对它的说明。这时，如上所述，当在泵室227中存留有气泡时，泵室的内部压力降低，泵能力降低，因此执行气泡排出模式。

下面将参考图15(也见图12)介绍第七实施例的泵200在气泡排出模式下驱动时的情况。

图15是泵200的驱动电路系统的方框图。在图15中，泵200的驱动电路系统包括：压力传感器90，该压力传感器90作为泵室227中的压力检测装置；加热器212；供电电路265，用于控制加热器212；以及泵驱动控制电路280，用于控制泵200的驱动。

当泵200以排出模式驱动时，由压力传感器90检测的泵室最大内部压力小于当泵正常驱动时的泵室最大内部压力(特别是为50％或更小)，在这种情况下，泵驱动控制电路280判断在泵室227中存留有气泡，因此将驱动模式从排出模式转换成气泡排出模式。然后，泵驱动控制电路280向供电电路265发送信号，该供电电路265响应该信号而开始向加热器212供电。

因为加热器212布置在拐角部分，在该拐角部分处，流动停滞且容易存留气泡(如上所述)，因此，在该加热器附近的存留气泡将由该加热器212加热，从而可以使气泡的容积膨胀。因此，当存留气泡的尺寸使它并不能完全容纳于停滞区域中时，该存留气泡将由于隔膜60的驱动而与泵室227内部的流动一起运动，从而可以从流出通道128排出。气泡排出模式设置成在预定时间间隔后结束。

这时，在设有多个加热器212的情况下，通过使供电电路265构成为根据时间将供电顺序转换至各加热器，可以在不改变供电的加热器的热量的情况下减小供电电流，因此可以使供电电路265减小。

另一方面，通过产生使得在加热器表面上的工作流体相变的热量，由于该相变而可以从加热器212的各个表面部分产生气泡。在该方法中，与所产生气泡的容积相当的工作流体排出至流出通道228。当给加热器212的供电停止时，相变结束，与排出工作流体容积相当量的工作流体通过止回阀222从流入通道221引入泵室227中。这时，因为由于相变而从加热器212的各表面部分产生气泡，因此泵室227内部的流动复杂且不会停滞，因此可以排出在泵室的拐角部分收集的存留气泡，在排出模式中，该拐角部分是停滞区域。

而且，通过由来自供电电路265的供电产生足以使加热器212的表面上的工作流体达到过热状态的热量，从而可以引起膜状沸腾(fileboiling)，即从加热器212的整个表面产生膜状气泡。该方法为优选，因为由于相变产生的气泡容积增加，通过一次供电而从泵室227排出至流出通道228的工作流体的容积增加，因此很容易排出气泡。

图16表示了加热器212的变化实例。在图16中，加热器212包括两个加热器：布置在流入通道221侧的加热器213以及布置在流出通道228侧的加热器214。

这时，通过利用供电电路265(见图15)而使通向各加热器的供电电流的相位偏移。因此，当通过一个加热器表面上的膜状沸腾产生的气泡内部压力超过最大值之后，通过另一加热器的表面上的膜状沸腾产生的气泡内部压力超过最大值。

而且，优选是布置成使加热器213靠近流出通道228的泵室227的开口部分，而使加热器214远离该开口部分，首先开始给远侧的加热器214供电，然后开始给加热器213供电，因此，可以很容易地产生从泵室227的拐角部分流向流出通道228的流动。当然，加热器212的数目可以为两个或更多。

当加热器212表面上的工作流体的相变时，隔膜60可以为停止状态和驱动状态中的任意一种，但优选是该隔膜60正在被驱动，因此，泵室内部的流动复杂，从而很容易排除存留的气泡。

在第七实施例中，泵驱动控制电路280和供电电路265可以控制成这样，即通过利用脉冲电流向加热器212进行供电而使得加热器212能够以脉冲形状发热，并与发热同步地沿使泵室227容积减小的方向驱动隔膜60。

因此，可以有效排出存留在泵室中的气泡，同时减小加热部分的能量消耗。

而且，优选是，当在一个气泡排出模式中重复几次开始和停止向加热器212供电时，将在泵室内部产生更复杂的流动，因此，存留的气泡能够更容易排出。而且，优选是通过在气泡排出模式结束之后以排出模式驱动该泵，从而检查由压力传感器91检测的值，这样，可以重复进行气泡排出模式的驱动，直到存留的气泡确实排出。

根据第七实施例，因为泵室227的内部压力通过在泵室227内部设置加热器212而升高，且气泡容积因而压缩，因此可以排出泵室227中的气泡。

而且，因为加热器212装入泵室227的壁内，因此加热器并不从壁中凸出，且该加热器至少布置在泵室227的拐角部分，因此，可以防止气泡存留在凸出部分中(气泡很容易存留在该凸出部分中)，还可以排出在泵室227的拐角部分处的存留气泡。

而且，当设置有多个加热器212时，可以减小单位时间供给加热器212的能量，并可以快速排出存留的气泡，同时防止破坏泵。

而且，因为压力传感器90布置在泵室227中，因此可以确实判断在泵室227中是否存留有气泡，从而如上述排出在泵室227中的气泡。

而且，因为加热器212以脉冲形状发热，且与该脉冲同步地驱动隔膜60，因此可以有效排出存留于泵室227中的气泡，同时减小加热器212的能量消耗。

而且，通过进行加热处理，以便产生使得与加热器212接触的工作流体相变的热量，在泵室227中由于相变而产生气泡，因此可以在泵室227中产生流向流出通道228的复杂的和非停滞的流动。因此，可以排出存留于泵室227中的气泡。

而且，在上述说明中，因为当通过压力传感器91而判断存留有气泡时执行气泡排出模式，因此气泡排出模式不会浪费地执行，但是气泡排出模式也可以每隔预定时间间隔来进行。这时，因为压力传感器91可以省略，因此可以简化结构。

而且，在上述说明中，已经介绍了布置在泵室227中的、作为用于泵室的压力检测装置的压力传感器的结构，但是也可以采用不同结构。例如在一个不同结构中，泵室227的内部压力可以通过用应变仪或位移传感器测量隔膜60的变形来计算。而且，泵室227的内部压力可以通过用应变仪或位移传感器测量当止回阀222关闭时阀部件的变形来计算。而且，泵室227的内部压力可以通过用电流传感器测量用于驱动压电元件70的电流来计算。而且，通过在压电元件70中设置应变仪，泵室227的内部压力可以根据施加给层叠压电元件70的电压以及应变仪的测量值来计算。这时，通过使用电阻变化、电容变化或电压变化检测变形量的任意类型应变仪都可以使用。

此外，隔膜60的形状并不局限于圆形。而且，止回阀222并不局限于被动式阀(该被动式阀由于流体的压力差而进行打开和关闭)，主动式阀(该主动式阀利用不同的力来控制打开和关闭)也可以用作止回阀。

本发明并不局限于上述实施例，而是在可以实现本发明目的范围内，本发明可以进行变化和改进。

例如，在第七实施例中，进口通道侧的惯性值小于出口通道侧的合成惯性值，且作为气泡排出装置的加热器212用于较小的高压泵中，该高压泵具有工作流体的惯性效应。不过，气泡排出装置例如可以用在使用单压电晶片类型隔膜的泵中，如图17中所示。

图17是使用单压电晶片类型隔膜的泵的垂直剖视图。在图17中，与第七实施例不同的构成元件将详细介绍。泵200包括：作为隔膜的单压电晶片类型隔膜260；以及止回阀222、242，该止回阀222、242作为布置在流入通道221和流出通道228中的流体阻挡元件。在图17中，隔膜260气密固定在杯形壳体250的边缘部分上，且板形压电元件71固定在隔膜260的、对着壳体250的表面上。泵壳体220气密固定在隔膜260的顶部，且泵室227形成于隔膜260和泵壳体220之间。

流入通道221和流出通道228与泵室227连通，作为流体阻挡元件的止回阀222布置在流入通道221中，而作为流体阻挡元件的止回阀242布置在流出通道228中。作为加热部分的板形加热器212布置在构成泵壳体220的泵室227的顶壁表面上。加热器212气密装入泵壳体220内，因此该加热器不会从泵壳体220朝着泵室凸出。

加热器212的形状和材料以及该加热器装入泵壳体220中的位置都与第七实施例以及第七实施例的变化实例相同，因此将省略对它们的说明。

下面将介绍泵的排出模式。

当电压施加给板形压电元件71时，隔膜260通过板形压电元件71的径向变形而变形成具有朝着泵室227的凸形表面，且当电压施加停止时，隔膜恢复至初始形状。在该泵中，当止回阀222和242关闭流动通道时，隔膜260沿这样的方向变形，即沿该方向，通过利用隔膜226的变形而减小泵室227的容积，从而按压泵室227内部的液体。当泵室227的内部压力变得高于止回阀242的下游压力时，止回阀222打开，从而使液体排向流出通道228。

然后，通过使隔膜260沿使得泵室227的容积增大的方向变形，泵室227的内部压力减小。然后，止回阀242首先关闭，且当泵室227的内部压力变得低于止回阀222的上游压力时，止回阀222打开，这样，液体从流入通道221引入泵室227中。通过重复上述作用，将传送工作流体。

通过在具有上述结构的泵中设置作为气泡排出装置的加热器212，可以使泵室内部的气泡流出，并合适保持泵室的内部压力，因此可以固定要排出的工作流体的量。

在上述实施例中，隔膜60、45为圆形，但是该形状并不局限于圆形。而且，止回阀41、42并不局限于被动式阀(该被动式阀由于流体的压力差而进行打开和关闭)，主动式阀(该主动式阀利用不同的力来控制打开和关闭)也可以用作止回阀。任何元件都可以用作驱动隔膜60的压电元件，只要它能够收缩和膨胀。不过，在该泵结构中，因为压电元件和隔膜在没有位移放大机构的情况下彼此连接，因此可以以很高频率驱动隔膜，并可以如实施例中一样通过利用具有高响应频率的压电元件进行高频驱动而增加容积流量，这样，可以实现较小和高功率的泵。同样，可以使用具有高频特征的超级磁性变形元件。除了水，不同液体例如油可以用作工作流体。

因此，根据上述第一至第七实施例，因为设置了气泡排出装置，因此可以提供即使当气泡存留于泵室中时也能够排出气泡并因此保持排出能力的泵。

工业实用性

本发明的泵可以用于需要小型液体传送泵的各个行业。

Claims (24)

1.一种泵，包括：泵室，所述泵室的容积可以通过驱动活塞或活动壁而变化；进口通道，用于使工作流体能够流入所述泵室；出口通道，用于使所述工作流体能够流出所述泵室；以及流体阻挡元件，用于打开和关闭至少所述进口通道；

其特征在于，所述进口通道的合成惯性值设置成小于所述出口通道的合成惯性值；以及

还提供有气泡排出装置，用于将存留于所述泵室中的气泡排出。

2.根据权利要求1所述的泵，其特征在于，

所述泵室包括：主泵室，所述主泵室与所述出口通道连通，且所述主泵室的容积可通过驱动活塞或活动壁而变化；以及副泵室，所述副泵室与所述进口通道连通，并作为所述气泡排出装置，且所述副泵室的容积可通过驱动活动壁而变化。

3.根据权利要求2所述的泵，包括：

主泵室进口通道，用于使所述工作流体能够流入所述主泵室；

主泵室出口通道，用于使所述工作流体能够流出所述主泵室；

副泵室进口通道，用于使所述工作流体能够流入所述副泵室；以及

副泵室出口通道，用于使所述工作流体能够流出所述副泵室；

其中，所述主泵室进口通道也作为所述副泵室出口通道。

4.根据权利要求3所述的泵，还包括：

用于打开和关闭所述主泵室进口通道的流体阻挡元件；

用于打开和关闭所述副泵室进口通道的流体阻挡元件；以及

用于打开和关闭所述副泵室出口通道的流体阻挡元件；

其中，用于打开和关闭所述主泵室进口通道的流体阻挡元件也作为用于打开和关闭所述副泵室出口通道的流体阻挡元件。

5.根据权利要求2所述的泵，其特征在于，

布置在所述副泵室中的所述活动壁是隔膜，其中，在所述隔膜的至少一个表面上贴附有压电元件，且所述副泵室和所述隔膜构成单压电晶片泵或双压电晶片泵。

6.根据权利要求2所述的泵，还包括：驱动转换控制单元，用于在所述副泵室和所述主泵室之间转换驱动。

7.根据权利要求5所述的泵，其特征在于，

所述压电元件中形成有驱动电极和检测电极。

8.根据权利要求2所述的泵，还包括：压力检测部分，用于检测所述主泵室的内部压力。

9.根据权利要求1所述的泵，还包括：作为所述气泡排出装置的增压机构，用于升高和保持所述泵室中的所述工作流体的压力。

10.根据权利要求9所述的泵，其特征在于，

所述增压机构包括可变容积腔室以及用于使所述可变容积腔室和所述出口通道能够彼此连通的流动通道。

11.根据权利要求10所述的泵，其特征在于，

所述可变容积腔室由弹性部件形成。

12.根据权利要求10所述的泵，其特征在于，

所述增压机构还包括容积改变机构，用于施加压力以便改变所述可变容积腔室的容积。

13.根据权利要求9所述的泵，其特征在于，

所述增压机构包括通道转换部分，用于在第一模式和第二模式之间转换，在该第一模式，流出所述泵室的所述工作流体被引入所述可变容积腔室内，而在该第二模式，流出所述泵室的所述工作流体与所述可变容积腔室隔离。

14.根据权利要求10所述的泵，还包括：压力检测部分，用于检测所述可变容积腔室的内部压力。

15.根据权利要求9所述的泵，其特征在于，

在所述泵室中布置有压力检测装置。

16.根据权利要求12所述的泵，其特征在于，

通过所述增压机构增压的所述可变容积腔室的内部压力的范围在大约一个大气压至大约五个大气压之间。

17.根据权利要求9所述的泵，其特征在于，

所述增压机构包括可变容积腔室、与所述出口通道连通的流动通道、以及用于打开和关闭所述流动通道的打开和关闭部件；以及

所述增压机构可从所述出口通道中拆卸，且所述可变容积腔室和所述出口通道能够通过将所述增压机构装入所述出口通道内而彼此连通。

18.根据权利要求1所述的泵，其特征在于，

在所述泵室中布置有作为所述气泡排出装置的加热部分。

19.根据权利要求18所述的泵，其特征在于，

所述加热部分被接纳在所述泵室壁的内部，或者布置在所述泵室的拐角位置处。

20.根据权利要求18所述的泵，其特征在于，

设置有多个所述加热部分。

21.根据权利要求18所述的泵，还包括：用于检测所述泵室的内部压力的压力检测部分。

22.根据权利要求18所述的泵，其特征在于，

当驱动所述活塞或所述活动壁时，向所述加热部分输入一加热信号。

23.根据权利要求18所述的泵，其特征在于，

向所述加热部分输入一脉冲形加热信号，且与所述加热信号同步地驱动所述活塞或所述活动壁。

24.根据权利要求19所述的泵，其特征在于，

所述加热部分加热所述工作流体，以便改变与所述加热部分接触的所述工作流体的相。

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