JP2007278236A - マイクロポンプ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アクチュエータ8によってポンプ室15の側壁を構成するダイヤフラム3aを弾性変形させ、ポンプ室15の容積を変化させることにより、第1流路2eから流体を吸入し第2流路から流体を吐出する。第2流路は、上流側がポンプ室15と接続されたスロート部2bと、当該スロート部の下流側に接続されたテーパ部2cとからなり、第1流路2eはスロート部2bに接続されている。ポンプ室15の容積変化に伴い第2流路2b,2cに流体の流れを発生させ、スロート部2bを流れる流体の流速増大に伴う圧力低下により第1流路2eから流体をスロート部2bへ吸入する。
【選択図】 図4
Description
本発明では、ポンプ室の容積減少時だけでなく、容積拡大時にも第1流路から流体を吸い込むことができる。すなわち、ポンプ室の容積拡大時には、容積減少時と逆に、第2流路からポンプ室に向かって流れが生じる。流体がテーパ部を介して流路の断面積が小さいスロート部を通過する時に、流速増大に伴う圧力低下が起こるので、第1流路から流体がスロート部へ吸い込まれ、スロート部で合流した流体がポンプ室に入る。
ポンプ室の容積が周期的に変化することで、第2流路を流れる流体の向きが逆転することになるが、ポンプ室の容積減少時および拡大時のいずれの時にも第1流路からスロート部に流体が流れ込み、時間平均すると第1流路から第2流路への流れが得られる。
この場合には、スロート部と第1流路とがT字形に接続されることになり、液溜まりをなくすことができる。また、スロート部の流れが第1流路側へ流れ込むのを抑制できる。
スロート部の流路の断面積が第1流路の断面積より小さくてもよいが、スロート部の流路の断面積が小さ過ぎると、流体抵抗が増し、圧力損失が大きくなるとともに、スロート部から第1流路側へ流体が流れ込む可能性が生じる。そのため、スロート部の流路の断面積を第1流路の断面積以上とすることで、上記のような懸念を解消できる。
この場合には、平面的な構造で製作が容易になるとともに、ポンプを低背化することができる。
本発明では、第1流路および第2流路に逆止弁を必ず設ける必要はない。しかし、アクチュエータの停止時に第2流路側の背圧によって流体が第1流路へ逆流する可能性がある。そのため、第1流路に逆止弁を設けることで、流体が第1流路へ逆流するのを防止できる。
この場合には、片持ち構造の圧電アクチュエータを用いることで、打撃部の変位量が非常に大きくなり、ダイヤフラムの中央部を大きく変位させることができる。しかも、瞬間的に大きな力積をダイヤフラムに与えるので、スロート部を流れる流体の流れが高速になり、第1流路からの流体の吸引圧も高くなる。そのため、大きな吐出流量が得られる。
この場合は、ダイヤフラムおよびアクチュエータを薄型に構成できるので、ポンプを低背化できる。
本実施例のマイクロポンプPは、底板1と、第1中間層2と、弾性体シート3と、第2中間層4と、流路形成板5と、カバー6とを下方から順に積層した構造よりなり、これら部品が積層接着されている。底板1の第1中間層2が接着された部位と異なる端部には、下板7を介して圧電アクチュエータ8の一端部が固定されている。
圧電アクチュエータ8に交番電圧を印加すると、アクチュエータ8は周期的な撓み変形が生じ、上に反った状態から下に反った状態に変化する際に、打撃部8aでダイヤフラム部3a上面を打撃する。そのため、ポンプ室15の容積が減少し、ポンプ室15内に満たされた流体(液体)はスロート部2bからテーパ部2cを介して出口部2dへ押し出される。流体が流路の断面積が小さいスロート部2bを通過する時に、流速増大に伴う圧力低下が起こるので、第1流路2eからスロート部2bへ流体が吸い込まれ、スロート部2bを流れる流体と合流して出口部2dへ流れる。
この実施例では、ポンプ室15とスロート部2bとの間に、スロート部2bに向かって流路の断面積が漸次小さくなる案内部2hが設けられている。ポンプ室15からスロート部2bにかけて流路の断面積が急激に縮小することによる圧力損失を少なくするためである。
この場合には、圧電アクチュエータ24の屈曲変位によりダイヤフラム22を上下に追随変位させることができるので、ポンプ室23の可変容積を大きくできる。この場合のダイヤフラム22としては、PET,ポリイミドのような有機材料でもよいし、ゴム、エラストマなど任意の弾性材料を使用できる。金属板も使用可能である。
1 底板
2 第1中間層
2a 開口部
2b スロート部
2c テーパ部
2d 出口部
2e 第1流路
2f 入口部
3 弾性体シート
3a ダイヤフラム部
4 第2中間層
5 流路形成板
6 カバー
7 下板
8 圧電アクチュエータ
8a 打撃部
9 逆止弁
15 ポンプ室
Claims (7)
- アクチュエータによってポンプ室の側壁を構成するダイヤフラムを弾性変形させ、ポンプ室の容積を変化させることにより、第1流路から流体を吸入し第2流路から流体を吐出するマイクロポンプにおいて、
上記第2流路は、上流側がポンプ室と接続されたスロート部と、当該スロート部の下流側に接続され、下流側に向かって流路の断面積が漸次拡大するテーパ部とからなり、
上記第1流路は上記スロート部に接続されており、
上記ポンプ室の容積変化に伴い第2流路に流体の流れを発生させ、第2流路のスロート部を流れる流体の流速増大に伴う圧力低下により第1流路から流体をスロート部へ吸入することを特徴とするマイクロポンプ。 - 上記第1流路は上記スロート部に対してほぼ直交方向に接続されていることを特徴とする請求項1に記載のマイクロポンプ。
- 上記スロート部の流路の断面積は上記第1流路の断面積以上であることを特徴とする請求項1または2に記載のマイクロポンプ。
- 上記ポンプ室と第1流路と第2流路は同一平面上に配置されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のマイクロポンプ。
- 上記第1流路に、上記スロート部方向への流体の流れのみを許容する逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のマイクロポンプ。
- 上記アクチュエータは電圧印加により屈曲変形する圧電アクチュエータであり、上記圧電アクチュエータの一端部は支持部に固定されており、他端部には上記ダイヤフラムの中央部を打撃する打撃部が設けられ、上記圧電アクチュエータの屈曲変形に従い上記打撃部が上記ダイヤフラムの中央部を打撃してダイヤフラムを弾性変形させることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載のマイクロポンプ。
- 上記アクチュエータは電圧印加により屈曲変形する圧電アクチュエータであり、上記圧電アクチュエータは上記ダイヤフラムの背面に面接着されており、上記ダイヤフラムは圧電アクチュエータの屈曲変形と一体に変形することを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載のマイクロポンプ。
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