JP2005307777A - Pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ダイアフラムによりポンプ室の容積を変更して動作流体の移動を行うポンプに関し、特に、小型高出力のポンプに関する。 The present invention relates to a pump that moves a working fluid by changing the volume of a pump chamber using a diaphragm, and more particularly to a small high-power pump.
従来、ダイアフラムによりポンプ室の容積を変更して動作流体の移動を行う小型ポンプにおいて、逆止弁の代わりに流体の慣性効果を発生する管路要素をポンプ室の吐出側の直後に設けた高出力マイクロポンプが開発されている。(非特許文献1、特許文献1参照)また、エネルギーを与えられた噴出する流体によって、他のエネルギーの低い流体を汲み上げる噴流ポンプが一般的に知られている。 Conventionally, in a small pump that moves the working fluid by changing the volume of the pump chamber by means of a diaphragm, a pipe element that generates an inertia effect of the fluid is provided immediately after the discharge side of the pump chamber instead of a check valve. Output micropumps have been developed. (See Non-Patent Document 1 and Patent Document 1) Further, a jet pump that pumps up another low-energy fluid by a fluid jetted with energy is generally known.
ダイアフラムによりポンプ室の容積を変更して動作流体の移動を行う小型ポンプにおいて、逆止弁の代わりに流体の慣性効果を発生する管路要素をポンプ室の吐出側の直後に設けたマイクロポンプの出力特性は、非特許文献1に示されているように、負荷圧力が低下しても吐出流量があまり増加せず、負荷圧力400kPa以上に最大出力点がある。そのため、最大出力を与える負荷圧力よりも低い負荷圧力で本ポンプを運転した場合、最大出力と比較して小さい出力しか得ることができないという課題がある。 In a small pump that moves the working fluid by changing the volume of the pump chamber by a diaphragm, a micropump in which a pipe element that generates an inertia effect of the fluid is provided immediately after the discharge side of the pump chamber instead of a check valve. As shown in Non-Patent Document 1, the output flow rate does not increase so much even if the load pressure decreases, and there is a maximum output point at a load pressure of 400 kPa or more. Therefore, when this pump is operated at a load pressure lower than the load pressure that gives the maximum output, there is a problem that only a smaller output than the maximum output can be obtained.
本発明の目的は、逆止弁の代わりに流体の慣性効果を発生する管路要素をポンプ室の吐出側の直後に設けたマイクロポンプにおいて、最大出力を与える負荷圧力よりも低い負荷圧力の範囲で、吐出流量を増加させ出力を改善したポンプを提供することである。 An object of the present invention is to provide a range of a load pressure lower than a load pressure that gives a maximum output in a micropump in which a pipe element that generates an inertia effect of a fluid is provided immediately after the discharge side of a pump chamber instead of a check valve. Thus, it is an object to provide a pump with an improved output by increasing the discharge flow rate.
本発明のポンプは、ダイアフラムにより、容積が変更可能なポンプ室と、該ポンプ室へ動作流体を流入させる入口流路と、前記ポンプ室から動作流体を流出させる出口流路と、前記入口流路と前記ポンプ室との間に第一の流体抵抗要素と、を備え、前記第一の流体抵抗要素を通さずに動作流体を導く接続流路が、前記出口流路に合流するよう設けられていることを特徴とする。 The pump according to the present invention includes a pump chamber whose volume can be changed by a diaphragm, an inlet flow path for flowing the working fluid into the pump chamber, an outlet flow path for flowing the working fluid from the pump chamber, and the inlet flow path And a first fluid resistance element between the pump chamber and a connection flow path that guides the working fluid without passing through the first fluid resistance element. It is characterized by being.
この発明によれば、第一の流体抵抗要素を通さずに動作流体を導く接続流路が、出口流路に合流するよう設けられているので、ポンプ室から出口流路を通過して流出する動作流体の高いエネルギーを利用して、接続流路から作動流体をポンプ吐出側に導入することができ、負荷圧力が低い場合に吐出流量が増加する。 According to the present invention, the connection flow path that guides the working fluid without passing through the first fluid resistance element is provided so as to merge with the outlet flow path, and thus flows out from the pump chamber through the outlet flow path. Using the high energy of the working fluid, the working fluid can be introduced into the pump discharge side from the connection flow path, and the discharge flow rate increases when the load pressure is low.
また、上述の構造では、前記接続流路の途中に第二の流体抵抗要素が備えられていることが好ましい。 In the above-described structure, it is preferable that a second fluid resistance element is provided in the middle of the connection flow path.
この構造によれば、負荷圧力が比較的高い場合に、接続流路内を吐出側から吸入側へ逆流する流量を減少できる。そのため、ポンプ室から出口流路を通過して流出する動作流体の高いエネルギーを利用して、接続流路からポンプ吐出側に作動流体を導入することで増加させた流量を、逆流で失うことなく吐出できる。 According to this structure, when the load pressure is relatively high, it is possible to reduce the flow rate that flows backward in the connection flow path from the discharge side to the suction side. Therefore, the flow rate increased by introducing the working fluid from the connection flow path to the pump discharge side using the high energy of the working fluid flowing out from the pump chamber through the outlet flow path without being lost by the backflow. Can be discharged.
また、上述の構造では、前記接続流路の内部に前記出口流路と接続されたノズルが設けられていることが好ましい。 In the above structure, it is preferable that a nozzle connected to the outlet channel is provided inside the connection channel.
この構造によれば、ポンプ室から出口流路を通過する動作流体を噴出させることができ、その高いエネルギーをノズル周囲に存在する作動流体に有効に受け渡すことができるため、接続流路から導入される流量がより増加する。 According to this structure, the working fluid passing through the outlet channel can be ejected from the pump chamber, and the high energy can be effectively transferred to the working fluid existing around the nozzle. The flow rate is increased.
また、上述の構造では、前記接続流路の片端は前記入口流路と接続されていることが好ましい。 In the above-described structure, it is preferable that one end of the connection channel is connected to the inlet channel.
この構造によれば、上記の吐出流量増加効果を得ながらポンプを小形に構成することができる。 According to this structure, the pump can be configured in a small size while obtaining the above-described discharge flow rate increasing effect.
また、上述の構造では、前記第一の流体抵抗要素は逆止弁であることが好ましい。 In the above structure, the first fluid resistance element is preferably a check valve.
この構造によれば、ポンプ室内部の圧力を十分上昇させることができるので、ポンプ室から出口流路を通過して流出する動作流体のエネルギーをより一層高くすることができ、そのエネルギーを利用して、接続流路からの作動流体をポンプ吐出側により多く導入できる。 According to this structure, since the pressure in the pump chamber can be sufficiently increased, the energy of the working fluid flowing out from the pump chamber through the outlet channel can be further increased, and the energy can be utilized. Thus, more working fluid from the connection channel can be introduced to the pump discharge side.
また、上述の構造では、前記第二の流体抵抗要素は逆止弁であることが好ましい。 In the above structure, the second fluid resistance element is preferably a check valve.
この構造によれば、負荷圧力が高い場合に、接続流路内を吐出側から吸入側への逆流を防げる。そのため、ポンプ室から出口流路を通過して流出する動作流体の高いエネルギーを利用して、接続流路からポンプ吐出側に作動流体を導入することで増加させた流量を、逆流で失うことなく確実に吐出できる。 According to this structure, when the load pressure is high, the back flow from the discharge side to the suction side can be prevented in the connection flow path. Therefore, the flow rate increased by introducing the working fluid from the connection flow path to the pump discharge side using the high energy of the working fluid flowing out from the pump chamber through the outlet flow path without being lost by the backflow. Can discharge reliably.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1〜図2は本発明の実施例のポンプが示されている。 1 to 2 show a pump according to an embodiment of the present invention.
図1は実施例1のポンプの縦断面図が示されている。図中左方向を示している矢印の方向がポンプ動作時に動作流体を流す方向である。図1において、このポンプ10は、基本構成として、アクチュエータ60の伸縮によってポンプ室90の容積を変更するダイアフラム50と、動作流体が流出される出口流路22と接続流路28の一部とが形成されるポンプ室体20と、ポンプ室体20の出口流路22開口部に圧入固定される出口流路ノズル21と、動作流体が流入する入口流路32が形成された流入接続管31と、内部に接続流路28の一部が形成された流出接続管35と、アクチュエータ60が備えられたアクチュエータ筐体80とから構成される。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the pump of the first embodiment. The direction of the arrow indicating the left direction in the figure is the direction in which the working fluid flows during pump operation. In FIG. 1, the
ポンプ室体20は、中央部にポンプ室90と、逆止弁40とポンプ室90と出口流路22とが交差して構成された空間である弁座室23と、が形成されている。その弁座室23から図中左側に出口流路22が設けられている。また、この弁座室23とポンプ室90との接続部はポンプ室90の弁座室側の開口部24であり、出口流路22と開口部24の交差部25は、動作流体の流体抵抗を少なくするために丸められている。
The
また、弁座室23の図中右側には、入口流路32との接続を開閉する逆止弁40(第一の流体抵抗要素)が圧入固定されている。この逆止弁40は、開閉部材として板状のリードや、ボールを用いたもの等を採用できる。特にボールを用いたボール弁とすることで、ボール弁内を動作流体が通過する際に、流れが曲げられることによる動作流体への抵抗が発生しにくく、動作流体を円滑に流動できる。そして、流入接続管31との接続部と逆止弁40との間に、接続流路28の一端が開口している。また、ポンプ室体20における接続流路28の他の開口部には、第二の流体抵抗要素である逆止弁41が圧入固定されている。ここで、逆止弁41としては、逆止弁40と同様のものを使用できる。
A check valve 40 (first fluid resistance element) that opens and closes the connection with the
ポンプ室体20の出口流路22開口部には、動作流体の流速を速めるための縮径部を内部に形成した出口流路ノズル21が出口流路22と接続しながら圧入固定される。出口流路ノズル21の外形は先端に向かうほど細くなるように形成され、先端部の肉厚は200μm以下になっている。
An
さらに、流出接続管35の内面が出口流路ノズル21の外面とほぼ同軸となるようにして、出口流路ノズル21を囲む位置関係で、流出接続管35がポンプ室体20に圧入固定される。また、流出接続管35の内部には接続流路28の一部が設けられており、ポンプ室体20に圧入固定されることで、ポンプ室体20側の接続流路28と流出接続管35側の接続流路28とが逆止弁41を介して接続される。また、出口流路ノズル21の外面と流出接続管35の内面との間は0.5mm以下の狭い隙間が保持されており、接続流路28から流入した動作流体は、その隙間を通過して流出接続管35から流出可能になっている。さらに、流出接続管35の内面は、出口流路ノズル先端付近で縮径しており、それから下流方向に向かって緩やかに拡大している。
Further, the
ポンプ室体20のポンプ室90の開口部は、ステンレス鋼等で形成された薄い円盤状のダイアフラム50が、ポンプ室90の周縁に設けられた凹部26内に密着固定されている。この凹部26に、アクチュエータ筐体80に設けられた凸部81が圧入され、ダイアフラム50を押圧しながらポンプ室体20とアクチュエータ筐体80とが一体化されている。
In the opening of the
アクチュエータ筐体80は、一方が開口された容器状の形態をしており、他方の封止された内部底面にアクチュエータ60の一方の端部が固着されている。アクチュエータ60は、圧電素子であり図示しない外部の制御回路から駆動電圧が与えられて伸縮振動する。アクチュエータ60の他方の端部には、アクチュエータ台座70が固着され、アクチュエータ台座70がダイアフラム50に密着している。
The
なお、図示しないが流入接続管31は外部接続パイプに接続され、動作流体を導入し、流出接続管35も図示しない外部接続パイプに接続され、動作流体を吐出する。
Although not shown, the
次に本発明のポンプの動作について説明する。 Next, the operation of the pump of the present invention will be described.
まず、ダイアフラム50がポンプ室90の容積を小さくする方向に動作すると、動作流体の圧縮率に従ってポンプ室90及び弁座室23内の圧力が高まる。すると、逆止弁40は閉鎖し、流体抵抗が大きくなるため、逆止弁40から入口流路32への動作流体の流出は微少、若しくは、ゼロとなる。
First, when the
一方、出口流路ノズル21を含む出口流路22においては、弁座室23内の圧力と負荷圧力との圧力差に従って動作流体が弁座室23から流出する流量が増加する。このとき、出口流路22及び出口流路ノズル21の内部の流路を細く形成してあり、その内部の動作流体が加速しにくいため、最大出力を与える高い負荷圧力でポンプを運転している時のように、弁座室23内の圧力を十分に高めることができる。そして、その上昇した圧力により出口流路ノズル21の端面から高い運動エネルギーを持つ動作流体が噴出する。
On the other hand, in the
その噴出した動作流体は、出口流路ノズル21の端面周囲の動作流体に運動エネルギーを与え、出口流路ノズル21の端面周囲の動作流体を吐出方向に加速しながら流出接続管35の流出側へ流れる。このとき、出口流路ノズル21の周方向全ての動作流体に運動エネルギーを与えられるので、本実施例の構造はエネルギー伝達効率が良い。また、その結果、出口流路ノズル21と流出接続管35との間には低圧領域が発生し、それまで閉じていた逆止弁41が開いて流体抵抗が小さくなるため、入口流路32から接続流路28を通して動作流体が流出接続管35へ流入する。以上の結果、出口流路ノズル21からの噴出流量以上の動作流体を流出接続管35から吐出することができる。
The ejected working fluid gives kinetic energy to the working fluid around the end face of the
次に、出口流路22内の動作流体に保存された運動エネルギーによる慣性効果によって出口流路ノズル21からの噴出流量がダイアフラム50の変位によって排除される動作流体の体積(以下、排除体積という)よりも多くなり、入口流路32の圧力よりもポンプ室90及び弁座室23内の動作流体の圧力が低下すると、逆止弁40は開放して流体抵抗が小さくなり、入口流路32から弁座室23へ動作流体が流入する。
Next, the volume of the working fluid in which the ejection flow rate from the
次に、ダイアフラム50がポンプ室90の容積を大きくする方向に動作すると、すでに開放している逆止弁40から弁座室23へ流入する動作流体が増加し、弁座室23及びポンプ室90内部を動作流体で十分に満たす。
Next, when the
また、出口流路ノズル21から噴出する動作流体の流速が減速し、運動エネルギーが減少して微少になると、出口流路ノズル21の端面周囲の動作流体への作用が弱くなり、出口流路ノズル21と流出接続管35との間の低圧領域が消滅する。その結果、逆止弁41は閉鎖し、流体抵抗が増加するため、逆止弁41から入口流路32側への動作流体の流出は微少、若しくは、ゼロとなる。従って、負荷圧力が高い場合でも、増加させた流量を、逆流で失うことなく確実に吐出できる。
Further, when the flow velocity of the working fluid ejected from the
以上、本実施例のポンプによると、最大出力を与える高い負荷圧力で従来の流体の慣性効果を利用するポンプを運転している時のように、弁座室23内の圧力を十分に高めることができる。そしてその上昇した圧力によって、高い運動エネルギーを与えられた動作流体を出口流路ノズル21から噴出させることができ、その噴出流体の運動エネルギーを利用して、噴出流量以上の流量の動作流体を流出接続管35より吐出することができる。従って、従来よりも吐出流量を多くできる。また、負荷圧力が低いほど流量増加の効果が大きくなる。
As described above, according to the pump of this embodiment, the pressure in the
以上の実施例において、第一の流体抵抗要素、及び第二の流体抵抗要素として逆止弁を用いているが、ポンプへの負荷圧力によって他のものに変更できる。負荷圧力が低ければ流れの方向によって流体抵抗の異なるディフューザー型の流体抵抗要素を用いても良いし、特に、負荷圧力が微小であれば、第二の流体抵抗要素は省略しても、同様の効果を得ることができる。 In the above embodiment, the check valve is used as the first fluid resistance element and the second fluid resistance element. However, the check valve can be changed depending on the load pressure to the pump. If the load pressure is low, a diffuser type fluid resistance element having a different fluid resistance depending on the flow direction may be used. In particular, if the load pressure is very small, the second fluid resistance element may be omitted. An effect can be obtained.
次に、本発明のポンプの実施例2について図2に基づき説明する。実施例2は、実施例1(図1、参照)の構造を基本とし、出口流路と接続された流路の管壁の一部に接続流路の開口部を設けていることを特徴としている。なお、前述の実施例1と同一機能部分には同番号を割り振ってあり、実施例1との共通部分の説明は以下では省略する。 Next, a second embodiment of the pump of the present invention will be described with reference to FIG. Example 2 is based on the structure of Example 1 (see FIG. 1), and is characterized in that an opening of a connection channel is provided in a part of the tube wall of the channel connected to the outlet channel. Yes. The same functional parts as those in the first embodiment are assigned the same numbers, and the description of the common parts with the first embodiment is omitted below.
図2は、実施例2のポンプ10の縦断面図が示されている。図2において、流出接続管350はポンプ室体20に圧入固定される。流出接続管350の内部には、出口流路22と接続され、流速を速めるために徐々に縮径する縮径部351と、速めた流速を減速し圧力を回復させる拡大径部352と、逆止弁41と接続する接続流路28の一部が設けられており、縮径部351において径がほぼ最小となる付近に、接続流路28の開口部が設けられている。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the
本実施例2のポンプ動作において、実施例1と異なる部分を説明する。 In the pump operation of the second embodiment, a portion different from the first embodiment will be described.
ダイアフラム50がポンプ室90の容積を小さくする方向に動作し、逆止弁40が閉鎖し、最大出力を与える高い負荷圧力でポンプを運転している時のような十分高い圧力に弁座室23内の圧力を上昇させると、縮径部351を高い運動エネルギーを持つ動作流体が吐出方向へ流れる。
The
すると、その縮径部351を吐出方向へ流れる動作流体は、接続流路28の開口部で接続流路28内の動作流体に運動エネルギーを与え、接続流路28内の動作流体を吐出方向へ流す。そして、それらの動作流体は拡大径部352を通過して圧力回復して吐出方向へ流れる。
Then, the working fluid that flows in the discharge direction through the reduced
また、その結果、逆止弁41の流出接続管350側には低圧領域が発生し、それまで閉じていた逆止弁41が開いて、入口流路32から接続流路28を通して動作流体が流出接続管350へ流入する。以上の結果、縮径部351の流量以上の動作流体を流出接続管350から吐出することができる。
As a result, a low-pressure region is generated on the
また、縮径部351を流れる動作流体の流速が減速し、運動エネルギーが減少して微少になると、接続流路28の開口部で接続流路28の動作流体への作用が弱くなり、その結果、逆止弁41は閉鎖する。従って、負荷圧力が高い場合でも、増加させた流量を、逆流で失うことなく確実に吐出できる。
Further, when the flow velocity of the working fluid flowing through the reduced
以上、本実施例のポンプによると、最大出力を与える高い負荷圧力で従来の流体の慣性効果を利用するポンプを運転している時のように、弁座室23内の圧力を十分に高めることができる。そして、その上昇した圧力によって、縮径部351を流れる動作流体に高い運動エネルギーを与え、その運動エネルギーを利用して、縮径部351を流れる動作流体の流量より多い動作流体を流出接続管35より吐出することができる。従って、従来よりも吐出流量を多くできる。また、負荷圧力が低いほど流量増加の効果が大きくなる。
As described above, according to the pump of this embodiment, the pressure in the
以上の実施例において、第一の流体抵抗要素、及び第二の流体抵抗要素として逆止弁を用いているが、ポンプへの負荷圧力によって他のものに変更できる。負荷圧力が低ければ流れの方向によって流体抵抗の異なるディフューザー型の流体抵抗要素を用いても良いし、特に、負荷圧力が微小であれば、第二の流体抵抗要素は省略しても、同様の効果を得ることができる。 In the above embodiment, the check valve is used as the first fluid resistance element and the second fluid resistance element. However, the check valve can be changed depending on the load pressure to the pump. If the load pressure is low, a diffuser type fluid resistance element having a different fluid resistance depending on the flow direction may be used. In particular, if the load pressure is very small, the second fluid resistance element may be omitted. An effect can be obtained.
なお、本発明は前述の実施例1及び実施例2に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。 The present invention is not limited to the first and second embodiments described above, but includes modifications and improvements as long as the object of the present invention can be achieved.
例えば、前述の実施例1及び実施例2では、ダイアフラム50によってポンプ室90の容積を変更しているが、ダイアフラムだけではなくピストンを採用することができる。
For example, in the above-described first and second embodiments, the volume of the
以上、前述の実施例1及び実施例2によれば、出口流路から流出する動作流体の運動エネルギーを利用して、出口流路からの流出量以上の動作流体を吐出させることができるポンプを提供できる。 As described above, according to Example 1 and Example 2 described above, the pump that can discharge the working fluid more than the outflow amount from the outlet channel by using the kinetic energy of the working fluid flowing out from the outlet channel. Can be provided.
本発明のポンプ10は、プロジェクタ等の電子機器の冷却装置、ウォータージェットメス、流体アクチュエータ、マイクロ液圧プレスのピストンの動力源等に利用することができる。
The
10…ポンプ、20…ポンプ室体、21…出口流路ノズル(ノズル)、22…出口流路、28…接続流路、32…入口流路、35、350…流出接続管、40…逆止弁(第一の流体抵抗要素)、41…逆止弁(第二の流体抵抗要素)、50…ダイアフラム、90…ポンプ室。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
該ポンプ室へ動作流体を流入させる入口流路と、
前記ポンプ室から動作流体を流出させる出口流路と、
前記入口流路と前記ポンプ室との間に第一の流体抵抗要素と、を備え、
前記第一の流体抵抗要素を通さずに動作流体を導く接続流路が、前記出口流路に合流するよう設けられていることを特徴とするポンプ。 A pump chamber whose volume can be changed by a diaphragm,
An inlet channel for flowing a working fluid into the pump chamber;
An outlet channel for allowing the working fluid to flow out of the pump chamber;
A first fluid resistance element between the inlet channel and the pump chamber;
A pump characterized in that a connection flow path for guiding the working fluid without passing through the first fluid resistance element is provided so as to join the outlet flow path.
前記接続流路の途中に第二の流体抵抗要素が備えられていることを特徴とするポンプ。 The pump according to claim 1, wherein
A pump characterized in that a second fluid resistance element is provided in the middle of the connection flow path.
前記接続流路の内部に前記出口流路と接続されたノズルが設けられていることを特徴とするポンプ。 The pump according to any one of claims 1 to 2,
A pump characterized in that a nozzle connected to the outlet channel is provided inside the connection channel.
前記接続流路の片端は前記入口流路と接続されていることを特徴とするポンプ。 The pump according to any one of claims 1 to 3,
One end of the connection flow path is connected to the inlet flow path.
前記第一の流体抵抗要素は逆止弁であることを特徴とするポンプ。 The pump according to any one of claims 1 to 4,
The pump according to claim 1, wherein the first fluid resistance element is a check valve.
前記第二の流体抵抗要素は逆止弁であることを特徴とするポンプ。
The pump according to any one of claims 1 to 5,
The pump according to claim 2, wherein the second fluid resistance element is a check valve.
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