JP2010196492A - Diaphragm pump with valve, and on-off valve - Google Patents

Diaphragm pump with valve, and on-off valve Download PDF

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人司 大西
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a diaphragm pump with a valve not causing liquid leakage when driving is stopped. <P>SOLUTION: There is a general knowledge that in the diaphragm pump, it is difficult to prevent the liquid leakage by a check valve only provided in a delivery flow passage during a driving stopped condition not vibrating a diaphragm. Therefore, especially in the delivery flow passage, a normally closed on-off valve is positioned closer to a delivery port than the check valve. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、振動するダイヤフラムによってポンプ作用を得るダイヤフラムポンプに関し、特に駆動停止時の液漏れを確実に防止できるバルブ付きダイヤフラムポンプ及び開閉バルブに関する。   The present invention relates to a diaphragm pump that obtains a pumping action by a vibrating diaphragm, and more particularly, to a diaphragm pump with a valve and an on-off valve that can reliably prevent liquid leakage when driving is stopped.

本出願人は、例えば燃料電池の燃料送液ポンプとして用いるダイヤフラムポンプ(圧電ポンプ)を開発中である。   The present applicant is developing a diaphragm pump (piezoelectric pump) used, for example, as a fuel pump for a fuel cell.

圧電ポンプは、平板状の圧電振動子とハウジングの間に液体ポンプ室(可変容積室)を形成し、圧電振動子を振動させることにより、液体ポンプ室の容積を変化させてポンプ作用を得ている。より具体的には、液体ポンプ室に連なる一対の流路(吸入側流路と吐出側流路)に、流れ方向の異なる一対の逆止弁(液体ポンプ室への流体流のみを許す吸入側逆止弁と液体ポンプ室からの流体流のみを許す吐出側逆止弁)を設けており、圧電振動子の振動により液体ポンプ室の容積が変化すると、それに伴い一対の逆止弁の一方が閉じ他方が開く動作を繰り返すことから、ポンプ作用が得られる。   A piezoelectric pump forms a liquid pump chamber (variable volume chamber) between a plate-shaped piezoelectric vibrator and a housing, and vibrates the piezoelectric vibrator to change the volume of the liquid pump chamber to obtain a pump action. Yes. More specifically, a pair of check valves having different flow directions (a suction side allowing only a fluid flow to the liquid pump chamber) in a pair of flow paths (suction side flow path and discharge side flow path) connected to the liquid pump chamber When the volume of the liquid pump chamber changes due to the vibration of the piezoelectric vibrator, one of the pair of check valves is associated with the check valve and the discharge check valve that allows only fluid flow from the liquid pump chamber. Since the operation of opening the other side is repeated, a pumping action is obtained.

特開2000-120530号公報JP 2000-120530 A 特開2005-282387号公報JP 2005-282387 A 特開2006-224532号公報JP 2006-224532 A 特開2007-123157号公報JP 2007-123157 A 特開2008-88904号公報JP 2008-88904 A

この圧電ポンプの一対の逆止弁は、液体ポンプ室から吸入側流路への液体流及び吐出側流路から液体ポンプ室への液体流を阻止する作用がある。しかし、吸入側流路から液体ポンプ室への流体流及び液体ポンプ室から吐出側流路への流体流の阻止は、必ずしも保証されない。つまり、駆動停止時に、液体ポンプ室内の液体が吐出側流路から漏れる可能性がある。この液漏れは、燃料電池の給液ポンプとして用いる場合には、燃料漏れとして大きな問題になる可能性がある。   The pair of check valves of the piezoelectric pump has an action of blocking the liquid flow from the liquid pump chamber to the suction side flow path and the liquid flow from the discharge side flow path to the liquid pump chamber. However, prevention of the fluid flow from the suction side flow path to the liquid pump chamber and the fluid flow from the liquid pump chamber to the discharge side flow path is not necessarily guaranteed. That is, when driving is stopped, the liquid in the liquid pump chamber may leak from the discharge-side flow path. This liquid leakage can be a major problem as fuel leakage when used as a liquid supply pump for a fuel cell.

従って本発明は、駆動停止時の液漏れが生じるおそれのないバルブ付きダイヤフラムポンプを得ることを目的とする。別言すると、本発明は、ポンプ単体として、駆動停止時の送液停止機能を有するバルブ付きダイヤフラムポンプを得ることを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a diaphragm pump with a valve that does not cause liquid leakage when driving is stopped. In other words, an object of the present invention is to obtain a valved diaphragm pump having a function of stopping liquid feeding when driving is stopped as a single pump.

本発明は、ダイヤフラムポンプにおいては、吐出流路に設けた逆止弁だけで、ダイヤフラムを振動させない駆動停止状態での液漏れを防止するのは困難であるとの認識の元に、特に吐出流路に、逆止弁より吐出ポート側に位置させて常閉型の開閉バルブを設けたものである。   The present invention recognizes that in a diaphragm pump, it is difficult to prevent liquid leakage in a drive stop state in which the diaphragm is not vibrated with only a check valve provided in the discharge flow path. A normally-closed on-off valve is provided on the road so as to be positioned closer to the discharge port than the check valve.

すなわち、本発明のバルブ付きダイヤフラムポンプは、吸入ポート、吐出ポート及び振動するダイヤフラムによって形成されたポンプ室を有するハウジング;吸入ポートとポンプ室とを連通させる吸入流路に設けた、吸入ポートからポンプ室への流体流のみを許す吸入側逆止弁;及び吐出ポートとポンプ室とを連通させる吐出流路に設けた、上記ポンプ室から吐出ポートへの流体流のみを許す吐出側逆止弁;を有するダイヤフラムポンプにおいて、吐出流路に、吐出側逆止弁と吐出ポートとの間に位置させて常閉型開閉バルブを設けたことを特徴としている。   That is, the diaphragm pump with a valve of the present invention includes a housing having a pump chamber formed by a suction port, a discharge port, and a vibrating diaphragm; a pump from the suction port provided in a suction flow path that connects the suction port and the pump chamber. A suction-side check valve that allows only a fluid flow to the chamber; and a discharge-side check valve that allows only a fluid flow from the pump chamber to the discharge port, provided in a discharge channel that connects the discharge port and the pump chamber; In the diaphragm pump having the above, a normally closed on-off valve is provided in the discharge flow channel between the discharge check valve and the discharge port.

常閉型開閉バルブは、具体的には、吐出流路の一部を構成する柔軟なチューブ体と、このチューブ体を挟着する枕木突起及び圧電バーとから構成すると、小型の常閉型開閉バルブを構成することができる。圧電バーは、非通電状態で枕木突起との間に柔軟チューブ体を押し潰して流路を閉じ、通電状態で該柔軟チューブ体の弾性復元力で流路を開く。   Specifically, the normally-closed on-off valve is a small normally-closed on-off when it is composed of a flexible tube body that constitutes a part of the discharge flow path, and a sleeper projection and a piezoelectric bar that sandwich the tube body. A valve can be constructed. The piezoelectric bar crushes the flexible tube body between the piezoelectric bar and the sleeper projection in a non-energized state to close the flow path, and opens the flow path by the elastic restoring force of the flexible tube body in the energized state.

柔軟チューブ体は、自由状態での開口断面積よりも、枕木突起と圧電バーで挟着された状態における開口断面積の方が小さくなるように、圧電バーによって押圧変形させるのがよい。   The flexible tube body is preferably pressed and deformed by the piezoelectric bar so that the opening cross-sectional area in the state sandwiched between the sleeper projection and the piezoelectric bar is smaller than the opening cross-sectional area in the free state.

圧電バーは、具体的には例えば、ばね性金属材料からなるシムバーと、このシムバーの表裏の少なくとも一方に積層した圧電体とから構成することができる。   Specifically, the piezoelectric bar can be composed of, for example, a shim bar made of a spring metal material and a piezoelectric body laminated on at least one of the front and back surfaces of the shim bar.

ダイヤフラムは、具体的には例えば、導電性金属薄板からなるシムの表裏の少なくとも一方に圧電体を積層した圧電振動子から構成することができる。   Specifically, the diaphragm can be constituted by, for example, a piezoelectric vibrator in which a piezoelectric body is laminated on at least one of the front and back sides of a shim made of a conductive metal thin plate.

ハウジングには、ダイヤフラムを液密に挟着保持してポンプ室を形成する一対のハウジングを含ませるのが実際的である。枕木突起と圧電バーは、この一対のハウジングの一方に設けると、両者の距離設定が容易であり、構造を簡易にし、かつ小型にできる。   It is practical that the housing includes a pair of housings that form a pump chamber by holding the diaphragm in a liquid-tight manner. When the sleeper projection and the piezoelectric bar are provided in one of the pair of housings, the distance between them can be easily set, the structure can be simplified, and the size can be reduced.

吸入側逆止弁及び吐出側逆止弁は、アンブレラから構成するのが実際的である。   It is practical that the suction side check valve and the discharge side check valve are constituted by umbrellas.

本発明による開閉バルブは、以上のバルブ付きダイヤフラムポンプに用いた常閉型開閉バルブを、単独で、かつ常閉、常開を問わずに使用するもので、柔軟なチューブ体と、このチューブ体を挟着する枕木突起及び圧電バーとを有し圧電バーは、その駆動電圧の大小により、枕木突起との距離を変化させて柔軟チューブ体の開口面積を変化させることを特徴としている。   The open / close valve according to the present invention uses the normally closed open / close valve used in the above-described diaphragm pump with a valve independently, regardless of whether it is normally closed or normally open. The piezoelectric bar has a sleeper projection and a piezoelectric bar for sandwiching the pin, and the opening area of the flexible tube body is changed by changing the distance from the sleeper projection according to the magnitude of the driving voltage.

本発明によれば、ポンプ単体で、駆動停止時の液漏れを確実に防止することができるポンプ付きダイヤフラムポンプを得ることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the diaphragm pump with a pump which can prevent reliably the liquid leakage at the time of a drive stop with the pump single-piece | unit can be obtained.

本発明を圧電ポンプに適用した実施形態を示す、一部を切開した状態で示す平面図である。It is a top view which shows the embodiment which applied this invention to the piezoelectric pump in the state which cut in part. 図1のII-II線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the II-II line of FIG. 図1のIII-III線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the III-III line of FIG. 図1、図3のIV-IV線に沿う、閉弁状態の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the valve closing state taken along line IV-IV in FIGS. 1 and 3. 図4の常閉型開閉バルブの流路開閉チューブの閉弁状態の断面図である。It is sectional drawing of the valve closing state of the flow-path opening-and-closing tube of the normally closed type on-off valve of FIG. 図1、図3のIV-IV線に沿う、開弁状態の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the valve-open state taken along line IV-IV in FIGS. 1 and 3. 図6の常閉型開閉バルブの流路開閉チューブの開弁状態の断面図である。It is sectional drawing of the valve opening state of the flow-path opening-and-closing tube of the normally closed type on-off valve of FIG. 同流路開閉チューブの自由状態における形状例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of a shape in the free state of the same flow path opening / closing tube.

本実施形態は、振動するダイヤフラムとして圧電振動子を有するバルブ付き圧電ポンプ20に本発明を適用したものである。バルブ付き圧電ポンプ20は、図1に示すように、平面略矩形のハウジング21を有し、単体としてポンプを構成するように、このハウジング21から、吸入ポート22と吐出ポート23が突出している。ハウジング21は、図3、図4及び図6に示すように、図の上方の上下のポンプ(バルブ)ハウジング24、25と、下方の上下の流路ハウジング26、27とからなっている。吸入ポート22と吐出ポート23は、下流路ハウジング27から突出しており、下流路ハウジング27には、この吸入ポート22と吐出ポート23に連通する吸入流路22aと吐出流路23aが形成されている。   In this embodiment, the present invention is applied to a piezoelectric pump 20 with a valve having a piezoelectric vibrator as a vibrating diaphragm. As shown in FIG. 1, the valve-equipped piezoelectric pump 20 includes a substantially rectangular planar housing 21, and a suction port 22 and a discharge port 23 project from the housing 21 so as to constitute a pump as a single unit. As shown in FIGS. 3, 4 and 6, the housing 21 includes upper and lower pump (valve) housings 24 and 25 in the upper part of the figure, and upper and lower flow path housings 26 and 27 in the lower part of the figure. The suction port 22 and the discharge port 23 protrude from the lower flow path housing 27, and a suction flow path 22 a and a discharge flow path 23 a communicating with the suction port 22 and the discharge port 23 are formed in the lower flow path housing 27. .

吸入流路22aの終端部は、図1に示すように、上流路ハウジング26と下ポンプハウジング25に、それぞれ平面位置を合致させて形成した円形吸入流路孔26aと25aに連通している。同様に、吐出流路23aの終端部は、円形吐出流路孔26bと25bに連通している。   As shown in FIG. 1, the end portion of the suction flow path 22a communicates with circular suction flow path holes 26a and 25a formed in the upper flow path housing 26 and the lower pump housing 25 so as to match the planar positions. Similarly, the end portion of the discharge channel 23a communicates with the circular discharge channel holes 26b and 25b.

上ポンプハウジング24と下ポンプハウジング25の間には、図2に示すように、Oリング29を介して圧電振動子(ダイヤフラム)28が液密に挟着支持されていて、該圧電振動子28と下ポンプハウジング25との間にポンプ室Pを構成している。圧電振動子28と上ポンプハウジング24との間には、大気室Aが形成される。この実施形態では、円形吸入流路孔26a(25a)及び円形吸入流路孔26b(25b)の軸線と、圧電振動子28とは互いに直交する位置関係にある。   A piezoelectric vibrator (diaphragm) 28 is sandwiched and supported between the upper pump housing 24 and the lower pump housing 25 via an O-ring 29 as shown in FIG. And the lower pump housing 25 constitute a pump chamber P. An atmospheric chamber A is formed between the piezoelectric vibrator 28 and the upper pump housing 24. In this embodiment, the axes of the circular suction passage hole 26a (25a) and the circular suction passage hole 26b (25b) and the piezoelectric vibrator 28 are in a positional relationship orthogonal to each other.

上下の流路ハウジング26、27は、開口部以外を図示しないOリングやレーザーなどで溶着もしくは接着してシール性を確保する。具体的には、バルブの出口側は図示しないOリングもしくはレーザー溶着等で、バルブの入口側は下流路ハウジング27に溝状に設けられた吐出流路23aの両側面をOリングもしくはレーザー溶着にてシールする。また、吸入流路22aは吸入ポート22から最初の屈曲点までは下流路ハウジングに設けられたトンネル状の孔で吐出流路23aを形成し、最初の屈曲点以降の吐出流路を円形吸入流路孔26aまでをつなぐOリングもしくはレーザー溶着にてシールする。   The upper and lower flow path housings 26 and 27 are welded or bonded with an O-ring or a laser (not shown) except for the openings to ensure sealing performance. More specifically, the outlet side of the valve is an O-ring or laser welding (not shown), and the inlet side of the valve is an O-ring or laser welding on both sides of the discharge channel 23a provided in the groove shape in the lower channel housing 27. And seal. Further, the suction flow path 22a forms a discharge flow path 23a with a tunnel-like hole provided in the lower flow path housing from the suction port 22 to the first bend point, and the discharge flow path after the first bend point is a circular suction flow. Sealing is performed by an O-ring connecting to the passage hole 26a or laser welding.

圧電振動子28は、中心部のシム28aと、シム28aの表裏の一面(図2の上面)に積層形成した圧電体28bとを有するユニモルフタイプを図示している。シム28aは、導電性の金属薄板材料、例えば厚さ50〜300μm程度のステンレス、42アロイ等により形成された金属製の薄板からなる。圧電体28bは、例えば厚さ300μm程度のPZT(Pb(Zr、Ti)O3)から構成されるもので、その表裏方向に分極処理が施されている。このような圧電振動子は周知である。 The piezoelectric vibrator 28 is a unimorph type having a shim 28a at the center and a piezoelectric body 28b formed on the front and back surfaces of the shim 28a (upper surface in FIG. 2). The shim 28a is made of a conductive metal thin plate material, for example, a metal thin plate formed of stainless steel having a thickness of about 50 to 300 μm, 42 alloy, or the like. The piezoelectric body 28b is made of, for example, PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ) having a thickness of about 300 μm, and is polarized in the front and back directions. Such a piezoelectric vibrator is well known.

下ポンプハウジング25の円形吸入流路孔26a(25a)と円形吐出流路孔26b(25b)にはそれぞれ、ポンプ室P側と吐出流路側に位置させて、逆止弁(アンブレラ)32と33が設けられている。逆止弁32は、円形吸入流路孔26a(25a)からポンプ室Pへの流体流を許してその逆の流体流を許さない吸入側逆止弁であり、逆止弁33は、ポンプ室Pから円形吸入流路孔26b(25b)への流体流を許してその逆の流体流を許さない吐出側逆止弁である。また、円形吸入流路孔26a(25a)と円形吐出流路孔26b(25b)は下ポンプハウジング25と上流路ハウジング26に渡って形成されているが、シール性を保持するため、図示しないOリングで封止したり、レーザー等の手段により溶着することが望ましい。   The circular suction passage hole 26a (25a) and the circular discharge passage hole 26b (25b) of the lower pump housing 25 are positioned on the pump chamber P side and the discharge passage side, respectively, and check valves (umbrellas) 32 and 33, respectively. Is provided. The check valve 32 is a suction-side check valve that allows a fluid flow from the circular suction passage hole 26a (25a) to the pump chamber P and does not allow the reverse fluid flow. The check valve 33 is a pump chamber. This is a discharge-side check valve that allows fluid flow from P to the circular suction passage hole 26b (25b) but does not allow the reverse fluid flow. Further, the circular suction flow passage hole 26a (25a) and the circular discharge flow passage hole 26b (25b) are formed over the lower pump housing 25 and the upper flow passage housing 26. It is desirable to seal with a ring or weld by means such as a laser.

逆止弁32、33は、同一の形態であり、流路に接着固定される穴あき基板32a、33aに、弾性材料からなるアンブレラ32b、33bを装着してなっている。このような逆止弁(アンブレラ)自体は周知である。穴あき基板32a、33aは、本実施形態においては別体で形成されているが、下ポンプハウジング25と一体に成形しても良い。   The check valves 32 and 33 have the same configuration, and are provided with umbrellas 32b and 33b made of an elastic material on perforated substrates 32a and 33a that are bonded and fixed to the flow path. Such a check valve (umbrella) itself is well known. The perforated substrates 32 a and 33 a are formed separately in the present embodiment, but may be formed integrally with the lower pump housing 25.

下流路ハウジング27に形成されている吐出流路23aは、その吐出側逆止弁33から吐出ポート23に至る間において、分岐柔軟チューブ体40に接続されている。すなわち、図3、図1に示すように、下ポンプハウジング25には、上ポンプハウジング24のバルブ収納空間24a内に延びる一対の流路突起25cが形成されており、この一対の流路突起25cが、下ポンプハウジング25の一対の連通孔25d及び上流路ハウジング26の一対の連通孔26cを介して、吐出流路23aに連通している。そして、この一対の流路突起25cの間は、吐出流路の一部を構成する柔軟なチューブ体40によって接続されている。なお、一対の連通孔25d、26cは下ポンプハウジング25と上流路ハウジングに渡って設けられているが、シール性を保持するため、図示しないOリングで封止したり、レーザー等の手段により溶着することが望ましい。   The discharge flow path 23 a formed in the lower flow path housing 27 is connected to the branched flexible tube body 40 from the discharge side check valve 33 to the discharge port 23. That is, as shown in FIGS. 3 and 1, the lower pump housing 25 is formed with a pair of flow path protrusions 25c extending into the valve storage space 24a of the upper pump housing 24, and the pair of flow path protrusions 25c. However, it communicates with the discharge flow path 23 a through the pair of communication holes 25 d of the lower pump housing 25 and the pair of communication holes 26 c of the upper flow path housing 26. The pair of flow path protrusions 25c are connected by a flexible tube body 40 that constitutes a part of the discharge flow path. The pair of communication holes 25d and 26c are provided over the lower pump housing 25 and the upper flow path housing. However, in order to maintain sealing performance, the communication holes 25d and 26c are sealed with an O-ring (not shown) or welded by means such as laser. It is desirable to do.

一方、下ポンプハウジング25には、この柔軟チューブ体40と直交する位置関係で、同柔軟チューブ体40を挟着する断面半円形の枕木突起41と、圧電バー(板)42とが設けられている。圧電バー42は、非通電状態では、枕木突起41側に変形して柔軟チューブ体40を押し潰す弾性を有し、通電状態では、その通電電圧の大きさによって、柔軟チューブ体40に対する押し潰し変形力を減少させ、柔軟チューブ体40をその弾性復元力及びポンプ室Pからの吐出圧で復元させて流路を開く。すなわち、柔軟チューブ体40、枕木突起41及び圧電バー42は、常閉型の開閉バルブを構成している。   On the other hand, the lower pump housing 25 is provided with a sleeper projection 41 having a semicircular cross section for sandwiching the flexible tube body 40 and a piezoelectric bar (plate) 42 in a positional relationship orthogonal to the flexible tube body 40. Yes. The piezoelectric bar 42 has elasticity that deforms toward the sleeper projection 41 and crushes the flexible tube body 40 in a non-energized state, and crushes and deforms the flexible tube body 40 depending on the magnitude of the energized voltage in the energized state. The force is decreased, the flexible tube body 40 is restored by its elastic restoring force and the discharge pressure from the pump chamber P, and the flow path is opened. That is, the flexible tube body 40, the sleeper projection 41, and the piezoelectric bar 42 constitute a normally closed on-off valve.

図8は、枕木突起41と圧電バー42の挟着部分前後における柔軟チューブ体40の自由状態での断面形状例を示している。柔軟チューブ体40は、合成樹脂材料の成形品からなるもので、その外形断面形状が楕円形状40Xであるのに対し、内形断面形状は、非楕円状である。すなわち、内形断面形状は、外形楕円40Xを短軸Y方向に肉厚分だけ平行に移動した一対の外形移行形状40Yを長軸Xと交わる部分で連続させたもので、該長軸Xと交わる部分が尖った形状をしている。このように柔軟チューブ体40の断面形状を設定することで、柔軟チューブ体40を短軸Y方向に押し潰したとき、両エッジでの液漏れをなくすことができる。また、楕円形状40Xと外形移行形状40Yが平行をなしていて開口部を閉じたときの肉厚部の厚さが一定であることから、長軸Xの全般に渡って短軸Y方向に平行な方向の肉厚が一定となり、小さい力で柔軟チューブ体40を確実に閉じることが可能となる。   FIG. 8 shows an example of a cross-sectional shape in the free state of the flexible tube body 40 before and after the sandwiched portion of the sleeper projection 41 and the piezoelectric bar 42. The flexible tube body 40 is made of a molded product of a synthetic resin material, and its outer cross-sectional shape is an elliptical shape 40X, while its inner cross-sectional shape is a non-elliptical shape. In other words, the inner cross-sectional shape is obtained by continuing a pair of outer shape transition shapes 40Y obtained by moving the outer shape ellipse 40X in parallel with the thickness in the minor axis Y direction at a portion intersecting the major axis X. The intersecting part has a sharp shape. By setting the cross-sectional shape of the flexible tube body 40 in this manner, liquid leakage at both edges can be eliminated when the flexible tube body 40 is crushed in the minor axis Y direction. In addition, since the elliptical shape 40X and the outer shape transition shape 40Y are parallel and the thickness of the thick portion when the opening is closed is constant, the major axis X is generally parallel to the minor axis Y direction. Therefore, the flexible tube body 40 can be reliably closed with a small force.

圧電バー42は、図3、図4、図6に示すように、中心部のばね性金属材料シムバー(板)42aと、このシムバー42aの表裏にそれぞれ積層接着した圧電体42bとからなっており、その両端部が、下ポンプハウジング25に形成した一対の固定座43上に固定ねじ44で固定されている。シムバー42aは、例えば厚さ300μm前後の42アロイから構成し、圧電体42bは、例えば厚さ300μm前後のPZT(Pb(Zr、Ti)O3)から構成することができる。表裏の圧電体42bの分極方向は同一とする。この圧電バー42は、シムバー42aを一方の電極に接続し、表裏の圧電体42bの露出面(シムバー42aと反対側の面)を共通の他方の電極に接続して、表裏の圧電体42bに駆動電圧を与えることで、枕木突起41に対して接離移動するように変形させることができる。 As shown in FIGS. 3, 4, and 6, the piezoelectric bar 42 includes a spring metal material shim bar (plate) 42 a at the center and piezoelectric bodies 42 b that are laminated and bonded to the front and back of the shim bar 42 a. Both ends thereof are fixed to a pair of fixing seats 43 formed in the lower pump housing 25 by fixing screws 44. The shim bar 42a may be composed of, for example, 42 alloy having a thickness of about 300 μm, and the piezoelectric body 42b may be composed of, for example, PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ) having a thickness of about 300 μm. The polarization directions of the front and back piezoelectric bodies 42b are the same. The piezoelectric bar 42 connects the shim bar 42a to one electrode, connects the exposed surface of the front and back piezoelectric bodies 42b (surface opposite to the shim bar 42a) to the other common electrode, and connects the front and back piezoelectric bodies 42b. By applying the driving voltage, the driving voltage can be changed so as to move toward and away from the sleeper projection 41.

本実施形態では、圧電バー42の両端部を固定ねじ44で固定座43上に固定し、圧電体42bに駆動電圧を与えないとき、図4、図5のように、柔軟チューブ体40が完全に潰れて流路(吐出流路)を閉塞するように、その自由形状及び固定態様を設定する。そして、表裏の圧電体42bに駆動電圧を与えると、圧電バー42が柔軟チューブ体40から離れる方向に変形し、図6、図7のように、柔軟チューブ体40の一対の外形移行形状の間に隙間ができて流路が開く。圧電バー42は、駆動電圧にほぼ比例した変位をすることが知られており、従って、駆動電圧の制御によって、開度を調整し、流量を制御することも可能である。閉弁状態、開弁状態のいずれにおいても、柔軟チューブ体40の一対の外形移行形状40Yによる流路断面積は、自由状態における柔軟チューブ体40の流路断面積より小さい(柔軟チューブ体40は、枕木突起41と圧電バー42に挟着された設置状態では、押し潰されている)。   In this embodiment, when the both ends of the piezoelectric bar 42 are fixed on the fixing seat 43 with the fixing screw 44, and the driving voltage is not applied to the piezoelectric body 42b, the flexible tube body 40 is completely formed as shown in FIGS. The free shape and the fixing mode are set so that the flow path (discharge flow path) is closed. When a driving voltage is applied to the front and back piezoelectric bodies 42b, the piezoelectric bar 42 is deformed in a direction away from the flexible tube body 40, and between the pair of outer shape transition shapes of the flexible tube body 40 as shown in FIGS. There is a gap in the channel and the flow path opens. It is known that the piezoelectric bar 42 is displaced substantially in proportion to the drive voltage. Therefore, the opening degree can be adjusted and the flow rate can be controlled by controlling the drive voltage. In both the valve-closed state and the valve-opened state, the flow passage cross-sectional area of the flexible tube body 40 by the pair of outer shape transition shapes 40Y is smaller than the flow passage cross-sectional area of the flexible tube body 40 in the free state (the flexible tube body 40 is In the installed state sandwiched between the sleeper projection 41 and the piezoelectric bar 42, it is crushed).

上記構成の本バルブ付き圧電ポンプ20の動作は、次の通りである。圧電振動子28が正逆に弾性変形(振動)すると、ポンプ室Pの容積が拡大する行程では、吸入側逆止弁32が開いて吐出側逆止弁33が閉じるため、吸入ポート22、吸入流路22a、円形吸入流路孔26a(25a)からポンプ室P内に液体が流入する。一方、ポンプ室Pの容積が縮小する行程では、吐出側逆止弁33が開いて吸入側逆止弁32が閉じるため、ポンプ室Pから円形吸入流路孔26b(25b)、吐出流路23a、吐出ポート23に液体が流出する。したがって、圧電振動子28を正逆に連続させて弾性変形させる(振動させる)ことで、ポンプ作用が得られる。   The operation of the piezoelectric pump with a valve 20 having the above-described configuration is as follows. When the piezoelectric vibrator 28 is elastically deformed (vibrated) in the forward and reverse directions, the suction side check valve 32 is opened and the discharge side check valve 33 is closed in the process of expanding the volume of the pump chamber P. The liquid flows into the pump chamber P from the flow path 22a and the circular suction flow path hole 26a (25a). On the other hand, in the process of reducing the volume of the pump chamber P, the discharge-side check valve 33 is opened and the suction-side check valve 32 is closed, so that the circular suction channel hole 26b (25b) and the discharge channel 23a from the pump chamber P. The liquid flows out to the discharge port 23. Accordingly, the pump action is obtained by elastically deforming (vibrating) the piezoelectric vibrator 28 continuously in the forward and reverse directions.

このポンプ駆動状態では、圧電バー42の圧電体42bにも所定の駆動電圧を付与する。すると、圧電バー42が枕木突起41から離れる方向に弾性変形し、柔軟チューブ体40が開く(図6、図7)から、例えば燃料電池の送液ポンプとして何ら問題なく用いることができる。また、必要であれば、柔軟チューブ体40の開度は、圧電体42bに与える駆動電圧で変化させることができる。   In this pump drive state, a predetermined drive voltage is also applied to the piezoelectric body 42b of the piezoelectric bar 42. Then, the piezoelectric bar 42 is elastically deformed in a direction away from the sleeper projection 41 and the flexible tube body 40 is opened (FIGS. 6 and 7), so that it can be used without any problem as a liquid feed pump of a fuel cell, for example. If necessary, the opening degree of the flexible tube body 40 can be changed by a driving voltage applied to the piezoelectric body 42b.

本バルブ付き圧電ポンプ20のより重要な作用は、ポンプ停止状態である。ポンプ停止状態では、圧電バー42に対する駆動電圧の印加も停止される(する)。すると、圧電バー42が枕木突起41側に押し付けられ、柔軟チューブ体40を閉じる(図4、図5)から、ポンプ室P内の液体が33を通って吐出流路23a(吐出ポート23)に漏れることがない。   A more important function of the piezoelectric pump 20 with a valve is a pump stop state. In the pump stop state, the application of the drive voltage to the piezoelectric bar 42 is also stopped. Then, since the piezoelectric bar 42 is pressed against the sleeper projection 41 and closes the flexible tube body 40 (FIGS. 4 and 5), the liquid in the pump chamber P passes through 33 to the discharge channel 23a (discharge port 23). There is no leakage.

また、以上の実施形態のように、上下のポンプハウジング24、25の一方(図示例では下ポンプハウジング25)に、柔軟チューブ体40を挟着する枕木突起41と、圧電バー(板)42とを設けると、該枕木突起41と圧電バー42との距離を容易に厳密に設定することができる。もっとも、理論的には、枕木突起41と圧電バー42を上下のポンプハウジング24と25の一方と他方に設けることも可能である。   Further, as in the above embodiment, the sleeper projection 41 for sandwiching the flexible tube body 40 on one of the upper and lower pump housings 24, 25 (lower pump housing 25 in the illustrated example), the piezoelectric bar (plate) 42, The distance between the sleeper projection 41 and the piezoelectric bar 42 can be set easily and strictly. In theory, however, the sleeper projection 41 and the piezoelectric bar 42 can be provided on one and the other of the upper and lower pump housings 24 and 25.

以上のバルブ付き圧電ポンプ20の実施形態では、柔軟チューブ40、枕木突起41及び圧電バー42によるバルブを常閉型として用いている。しかし、上述のように、圧電バー42は、駆動電圧にほぼ比例した変位をすることが知られているから、柔軟チューブ40、枕木突起41及び圧電バー42によるバルブだけを取り出して、開閉バルブ(流量制御弁)として使用することができる。この態様では、常開形とし、圧電バー42の圧電体42bに駆動電圧を与えることで、流路を徐々に閉じ、流量を調整することも可能である。   In the embodiment of the piezoelectric pump with valve 20 described above, the valve formed of the flexible tube 40, the sleeper projection 41, and the piezoelectric bar 42 is used as a normally closed type. However, as described above, it is known that the piezoelectric bar 42 is displaced in proportion to the drive voltage. Therefore, only the valve by the flexible tube 40, the sleeper projection 41 and the piezoelectric bar 42 is taken out, and the open / close valve ( It can be used as a flow control valve. In this aspect, it is possible to adjust the flow rate by gradually closing the flow path by applying a driving voltage to the piezoelectric body 42b of the piezoelectric bar 42, which is normally open.

以上の実施形態では、圧電バー42として、バイモルフ型を示したが、ユニモルフ型を用いることもできる。逆に、ダイヤフラムとしてユニモルフ型の圧電振動子28を例示したが、バイモルフ型の圧電振動子を用いることもできる。また、ユニモルフ型の圧電振動子28のシム28aと圧電体28bの位置を逆にすることも可能である。さらに、以上の実施形態は、圧電振動子28の一面のみにポンプ室Pを形成する2バルブ型のダイヤフラムポンプに本発明を適用したものであるが、両面にポンプ室を形成するタイプのダイヤフラムポンプにも本発明は適用可能である。さらに、本発明は、ダイヤフラムの振動によりポンプ室の容積を周期的に大小に変化させてポンプ作用を得るダイヤフラムポンプ一般に適用できる。また、本発明のバルブ付きダイヤフラムポンプは、燃料電池の送液ポンプとして利用して好適であるが、用途を限定するものではない。   In the above embodiment, the bimorph type is shown as the piezoelectric bar 42, but a unimorph type can also be used. On the contrary, the unimorph type piezoelectric vibrator 28 is exemplified as the diaphragm, but a bimorph type piezoelectric vibrator can also be used. Further, the positions of the shim 28a and the piezoelectric body 28b of the unimorph type piezoelectric vibrator 28 can be reversed. Further, in the above embodiment, the present invention is applied to a two-valve type diaphragm pump in which the pump chamber P is formed only on one surface of the piezoelectric vibrator 28. However, a diaphragm pump of a type in which the pump chamber is formed on both surfaces. In addition, the present invention is applicable. Furthermore, the present invention can be applied to a diaphragm pump in general that obtains a pump action by periodically changing the volume of the pump chamber to be larger or smaller by vibration of the diaphragm. Moreover, although the diaphragm pump with a valve | bulb of this invention is suitably used as a liquid feed pump of a fuel cell, it does not limit an application.

20 バルブ付き圧電ポンプ
21 ハウジング
22 吸入ポート
22a 吸入流路
23 吐出ポート
23a 吐出流路
24 上ポンプハウジング
24a バルブ収納空間
25 下ポンプハウジング
25a 円形吸入流路孔
25b 円形吐出流路孔
25c 流路突起
25d 連通孔
26 上流路ハウジング
26a 円形吸入流路孔
26b 円形吸入流路孔
26c 連通孔
27 下流路ハウジング
28 圧電振動子(ダイヤフラム)
28a シム
28b 圧電体
29 Oリング
32 吸入側逆止弁
33 吐出側逆止弁
40 柔軟チューブ体
40X 楕円形状
40Y 外形移行形状
41 枕木突起
42 圧電バー
42a シムバー
42b 圧電体
43 固定座
44 固定ねじ
P ポンプ室
20 Piezoelectric pump with valve 21 Housing 22 Suction port 22a Suction flow path 23 Discharge port 23a Discharge flow path 24 Upper pump housing 24a Valve storage space 25 Lower pump housing 25a Circular suction flow path hole 25b Circular discharge flow path hole 25c Flow path protrusion 25d Communication hole 26 Upper flow path housing 26a Circular suction flow path hole 26b Circular suction flow path hole 26c Communication hole 27 Lower flow path housing 28 Piezoelectric vibrator (diaphragm)
28a shim 28b piezoelectric body 29 O-ring 32 suction side check valve 33 discharge side check valve 40 flexible tube body 40X elliptical shape 40Y outer shape transition shape 41 sleeper projection 42 piezoelectric bar 42a shim bar 42b piezoelectric body 43 fixing seat 44 fixing screw P pump Room

Claims (10)

吸入ポート、吐出ポート及び振動するダイヤフラムによって形成されたポンプ室を有するハウジング;
上記吸入ポートとポンプ室とを連通させる吸入流路に設けた、吸入ポートからポンプ室への流体流のみを許す吸入側逆止弁;
上記吐出ポートとポンプ室とを連通させる吐出流路に設けた、上記ポンプ室から吐出ポートへの流体流のみを許す吐出側逆止弁;及び
上記吐出流路に、吐出側逆止弁と吐出ポートとの間に位置させて設けた常閉型開閉バルブ;
を有することを特徴とするバルブ付きダイヤフラムポンプ。
A housing having a suction chamber, a discharge port and a pump chamber formed by a vibrating diaphragm;
A suction-side check valve that allows only a fluid flow from the suction port to the pump chamber, provided in a suction flow path that connects the suction port and the pump chamber;
A discharge-side check valve that allows only a fluid flow from the pump chamber to the discharge port; and a discharge-side check valve and a discharge that are provided in a discharge flow path that connects the discharge port and the pump chamber; A normally-closed on-off valve located between the port;
A diaphragm pump with a valve, characterized by comprising:
請求項1記載のバルブ付きダイヤフラムポンプにおいて、上記常閉型開閉バルブは、上記吐出流路の一部を構成する柔軟なチューブ体と、このチューブ体を挟着する枕木突起及び圧電バーとからなり、上記圧電バーは、非通電状態で枕木突起との間に柔軟チューブ体を押し潰して流路を閉じ、通電状態で該柔軟チューブ体の弾性復元力で流路を開くバルブ付きダイヤフラムポンプ。 2. The diaphragm pump with a valve according to claim 1, wherein the normally closed on-off valve comprises a flexible tube body constituting a part of the discharge flow path, a sleeper projection and a piezoelectric bar sandwiching the tube body. The piezoelectric bar is a diaphragm pump with a valve that closes the flow path by crushing the flexible tube body between the piezoelectric bar and the sleeper projection in a non-energized state, and opens the flow path by the elastic restoring force of the flexible tube body in the energized state. 請求項2記載のバルブ付きダイヤフラムポンプにおいて、柔軟チューブ体は、自由状態での開口断面積よりも、枕木突起と圧電バーで挟着された状態における開口断面積の方が小さくなるように、圧電バーによって押圧変形されているバルブ付きダイヤフラムポンプ。 3. The diaphragm pump with a valve according to claim 2, wherein the flexible tube body is piezoelectric so that an opening cross-sectional area in a state sandwiched between sleeper protrusions and a piezoelectric bar is smaller than an opening cross-sectional area in a free state. Diaphragm pump with a valve that is pressed and deformed by a bar. 請求項2または3記載のバルブ付きダイヤフラムポンプにおいて、上記圧電バーは、ばね性金属材料からなるシムバーと、このシムバーの表裏の少なくとも一方に積層した圧電体とを備えているバルブ付きダイヤフラムポンプ。 4. The diaphragm pump with a valve according to claim 2, wherein the piezoelectric bar includes a shim bar made of a spring metal material and a piezoelectric body laminated on at least one of the front and back surfaces of the shim bar. 請求項1ないし4のいずれか1項記載のバルブ付きダイヤフラムポンプにおいて、上記ダイヤフラムは、導電性金属薄板からなるシムの表裏の少なくとも一方に圧電体を積層した圧電振動子であるバルブ付きダイヤフラムポンプ。 The diaphragm pump with a valve according to any one of claims 1 to 4, wherein the diaphragm is a piezoelectric vibrator in which a piezoelectric body is laminated on at least one of the front and back of a shim made of a conductive metal thin plate. 請求項2ないし5のいずれか1項記載のバルブ付きダイヤフラムポンプにおいて、上記ハウジングは、ダイヤフラムを液密に挟着保持して上記ポンプ室を形成する一対のハウジングを備えており、上記枕木突起と圧電バーは、この一対のハウジングの一方に設けられているバルブ付きダイヤフラムポンプ。 The diaphragm pump with a valve according to any one of claims 2 to 5, wherein the housing includes a pair of housings that form a pump chamber by sandwiching and holding the diaphragm in a liquid-tight manner, The piezoelectric bar is a diaphragm pump with a valve provided on one of the pair of housings. 請求項1ないし6のいずれか1項記載のバルブ付きダイヤフラムポンプにおいて、上記吸入側逆止弁及び吐出側逆止弁は、アンブレラからなるバルブ付きダイヤフラムポンプ。 The diaphragm pump with a valve according to any one of claims 1 to 6, wherein the suction-side check valve and the discharge-side check valve are umbrellas. 柔軟なチューブ体と、このチューブ体を挟着する枕木突起及び圧電バーとを有し、上記圧電バーは、その駆動電圧の大小により、上記枕木突起との距離を変化させて柔軟チューブ体の開口面積を変化させることを特徴とする開閉バルブ。 A flexible tube body, and a sleeper projection and a piezoelectric bar for sandwiching the tube body, and the piezoelectric bar has an opening of the flexible tube body by changing a distance from the sleeper projection according to the magnitude of the driving voltage. An open / close valve characterized by changing the area. 請求項8記載の開閉バルブにおいて、柔軟チューブ体は、自由状態での開口断面積よりも、枕木突起と圧電バーで挟着された状態における開口断面積の方が小さくなるように、圧電バーによって押圧変形されている開閉バルブ。 9. The on-off valve according to claim 8, wherein the flexible tube body is formed by a piezoelectric bar so that an opening cross-sectional area in a state sandwiched between a sleeper projection and a piezoelectric bar is smaller than an opening cross-sectional area in a free state. An open / close valve that is deformed by pressure. 請求項8または9記載の開閉バルブにおいて、上記圧電バーは、ばね性金属材料からなるシムバーと、このシムバーの表裏の少なくとも一方に積層した圧電体とを備えている開閉バルブ。 10. The on-off valve according to claim 8, wherein the piezoelectric bar includes a shim bar made of a spring metal material and a piezoelectric body laminated on at least one of the front and back sides of the shim bar.
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