JP4405997B2 - Diaphragm pump and low-profile channel structure of diaphragm pump - Google Patents
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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、特に小型薄型にできるダイヤフラムポンプ及び薄型流路構造に関する。 The present invention relates to a diaphragm pump that obtains a pumping action by a vibrating diaphragm, and more particularly to a diaphragm pump and a thin channel structure that can be made small and thin.
本出願人は、例えば水冷ノート型パソコンの冷却水循環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。部品の収納スペースが限られているノート型パソコンでは、ポンプの小型化薄型化が求められている。
しかし従来品は、圧電ポンプの吸入ポートと吐出ポートはハウジングから突出する突起物として形成し、両ポートに接続する管路はフレキシブルチューブを用いるのが一般的であった。このため、圧電ポンプ自体を薄型小型にしても、突起物としての吸入ポートと吐出ポート及び該両ポートへのチューブを含む接続部回りの構成が薄型化小型化の妨げとなっていた。 However, in the conventional product, the suction port and the discharge port of the piezoelectric pump are generally formed as protrusions protruding from the housing, and a flexible tube is used as a conduit connected to both ports. For this reason, even if the piezoelectric pump itself is thin and small, the structure around the connection portion including the suction port and the discharge port as projections and the tube to the two ports has been an obstacle to thinning and miniaturization.
従って本発明は、ダイヤフラムポンプの吸入ポートと吐出ポートに対し、チューブ体を用いることなく管路を接続することができる管路構造を備えた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 obtain a diaphragm pump having a conduit structure that can connect a conduit to the suction port and the discharge port of the diaphragm pump without using a tube body.
本発明は、ハウジングに突起物としての吸入ポートと吐出ポートを形成することなく、凹部としての吸入流路孔と吐出流路孔を形成し、この孔部に流路を構成する板材に形成した筒状突起を嵌める構成とすれば、小型化薄型化が可能であるとの着眼に基づいてなされたものである。 In the present invention, the suction flow passage hole and the discharge flow passage hole as the recesses are formed in the housing without forming the suction port and the discharge port as the projections, and the hole is formed on the plate material constituting the flow path. If it is set as the structure which fits a cylindrical protrusion, it was made | formed based on the viewpoint that size reduction and thickness reduction are possible.
すなわち、本発明のダイヤフラムポンプは、一対のハウジングの間に、周縁を液密に挟着保持されてポンプ室を構成する、振動するダイヤフラム;一対のハウジングの少なくとも一方に、ポンプ室に連通させて形成した吸入側逆止弁を有する吸入流路孔と吐出側逆止弁を有する吐出流路孔;吸入流路孔に連通する筒状突起を有する吸入側第一流路板と、この吸入流路板に積層結合され上記筒状突起に連通する吸入流路を構成する吸入側第二流路板とを有する吸入流路;及び吐出流路孔に連通する筒状突起を有する吐出側第一流路板と、この吐出側第一流路板に積層結合され上記筒状突起に連通する吐出流路を構成する吐出側第二流路板とを有する吐出流路;を備え、吸入側第一流路板の筒状突起の先端部と吐出側第一流路板の筒状突起の先端部にはそれぞれ、フランジが形成されていることを特徴としている。 That is, the diaphragm pump of the present invention is configured such that the diaphragm is configured to be held in a liquid-tight manner between a pair of housings so as to form a pump chamber. A suction flow path hole having a suction side check valve and a discharge flow path hole having a discharge side check valve; a suction side first flow path plate having a cylindrical projection communicating with the suction flow path hole; and the suction flow path A suction flow path having a suction side second flow path plate constituting a suction flow path that is laminated and connected to a plate and communicates with the cylindrical protrusion; and a discharge side first flow path having a cylindrical protrusion that communicates with a discharge flow path hole A suction flow path including a discharge plate and a discharge flow path second flow path plate that forms a discharge flow path that is laminated and coupled to the discharge protrusion first flow path plate and communicates with the cylindrical protrusion. The tip of the cylindrical protrusion and the tip of the cylindrical protrusion of the discharge-side first flow path plate Is characterized by being respectively, flange formed on.
ハウジングに形成する吸入流路孔と吐出流路孔は互いに平行に形成することが好ましい。 The suction passage hole and the discharge passage hole formed in the housing are preferably formed in parallel to each other.
そして吸入側第一流路板と吐出側第一流路板、及び吸入側第二流路板と吐出側第二流路板はそれぞれ、単一の板材料から構成すると部品点数を削減し組立を容易にすることができる。 The suction-side first flow path plate and the discharge-side first flow path plate, and the suction-side second flow path plate and the discharge-side second flow path plate are each composed of a single plate material, thereby reducing the number of parts and facilitating assembly. Can be.
流路板の筒状突起は、ハウジングの吸入流路孔及び出口流路孔に直接嵌めることも可能であるが、流路突起のピッチとポンプの吸入・吐出流路孔のピッチや径を正確に合わせるのが困難であり、精度よく加工をしようとするとコストアップになることから、ハウジングには、吸入流路孔及び出口流路孔と同心に筒状突起挿入用の環状溝を形成し、この環状溝の内周面と、この環状溝に挿入した筒状突起の外周面との間に、Oリングを挿入して液密を図るのが実際的である。 The cylindrical protrusions of the flow path plate can be directly fitted into the suction flow path hole and the outlet flow path hole of the housing, but the pitch of the flow path protrusions and the pitch and diameter of the suction / discharge flow path holes of the pump are accurate. Since it is difficult to match to the above, and the cost increases when trying to process accurately, the housing is formed with an annular groove for inserting a cylindrical projection concentrically with the suction flow path hole and the outlet flow path hole, It is practical to insert an O-ring between the inner peripheral surface of the annular groove and the outer peripheral surface of the cylindrical protrusion inserted into the annular groove to achieve liquid tightness.
吸入流路と吐出流路はそれぞれ、断面非円形で筒状突起の突出方向に直交する方向の幅が広い偏平形状にすると、一層の薄型化を図ることができる。 If the suction flow path and the discharge flow path are each formed in a flat shape having a non-circular cross section and a wide width in the direction perpendicular to the protruding direction of the cylindrical projection, the thickness can be further reduced.
振動するダイヤフラムは、具体的には少なくとも、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てなる圧電振動子を用いることができる。 Specifically, the vibrating diaphragm can be a piezoelectric vibrator formed by laminating a piezoelectric body on at least one of the front and back sides of a shim made of a conductive metal thin plate.
本発明は、ダイヤフラムポンプの薄型流路構造の態様では、一対のハウジングの間に、周縁を液密に保持されてポンプ室を構成する、振動するダイヤフラムを挟着し、上記一対のハウジングの少なくとも一方に、吸入側逆止弁を介して上記ポンプ室に連通する吸入流路孔と吐出側逆止弁を介して同ポンプ室に連通する吐出流路孔とを形成したダイヤフラムポンプに用いる流路構造であって、上記吸入流路孔と吐出流路孔にそれぞれ連通する一対の筒状突起を有する第一の板部材;及びこの第一の板部材に積層結合され、上記一対の筒状突起にそれぞれ連通する一対の液流路を形成する第二の板部材;を有し、第一の板部材の一対の筒状突起の先端部にはそれぞれ、フランジが形成されていることを特徴としている。 In the aspect of the thin-film channel structure of the diaphragm pump, the present invention sandwiches a vibrating diaphragm that forms a pump chamber with the periphery held liquid-tight between a pair of housings, and at least the pair of housings. On the other hand, a flow path used for a diaphragm pump in which a suction flow path hole communicating with the pump chamber via a suction check valve and a discharge flow path hole communicating with the pump chamber via a discharge check valve are formed. A first plate member having a pair of cylindrical projections each communicating with the suction flow passage hole and the discharge flow passage hole; and the pair of cylindrical projections stacked and coupled to the first plate member. A pair of liquid passages communicating with each other; and a front end portion of the pair of cylindrical protrusions of the first plate member is formed with a flange, respectively. Yes.
本発明のダイヤフラムポンプは、ハウジングに突起物としての吸入ポートと吐出ポートを形成することなく、凹部としての吸入流路孔と吐出流路孔を形成し、この孔部に流路を構成する板材に形成した筒状突起を嵌める構成としたので、小型化薄型化ができる。 The diaphragm pump of the present invention forms a suction flow path hole and a discharge flow path hole as a recess without forming a suction port and a discharge port as projections in the housing, and a plate material constituting the flow path in this hole part Since the cylindrical projection formed in the configuration is fitted, the size and thickness can be reduced.
この実施形態は、本発明を2バルブ型圧電ポンプ20に適用した実施形態である。図1ないし図3に示すように、この圧電ポンプ20は、下方から順にロアハウジング21とアッパハウジング22を有している。
In this embodiment, the present invention is applied to a two-valve
ロアハウジング21には、該ハウジングの板厚平面に直交させて、冷却水(液体)の吸入流路孔24と吐出流路孔25が互いに平行に穿設されている。ロアハウジング21とアッパハウジング22の間には、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とロアハウジング21との間にポンプ室Pを構成している。圧電振動子28とアッパハウジング22との間には、大気室Aが形成される。この実施形態では、吸入流路孔24及び吐出流路孔25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。
In the
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
ロアハウジング21の吸入流路孔24と吐出流路孔25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、吸入流路孔24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から吐出流路孔25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。
Check valves (umbrellas) 32 and 33 are provided in the
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、ロアハウジング21と一体で成型しても良い。
The
本実施形態は、以上のようにロアハウジング21に吸入流路孔24、吐出流路孔25を形成した上で、この吸入流路孔24と吐出流路孔25に、第一、第二の流路板40、50から構成した吸入流路26と吐出流路27を接続するものであって、ロアハウジング21には、吸入流路孔24と吐出流路孔25と同心(同軸)に外面が開放された環状溝24a、25a(図2)が形成されている。なお、環状溝24a、25aは必要に応じて偏心していても良い。第一流路板40は、吸入側と吐出側の第一流路板を兼ねる(両者を一体に形成した)もので、環状溝24aに嵌まる吸入側筒状突起41と、環状溝25aに嵌まる吐出側筒状突起42と、吸入側筒状突起41に連通する吸入流路凹部43と、吐出側筒状突起42に連通する吐出流路凹部44と、吸入流路凹部43と吐出流路凹部44を区画する区画部45とを有している。
In the present embodiment, the
第二流路板50は、第一流路板40と同様に、吸入側と吐出側の第二流路板を兼ねる(両者を一体に形成した)もので、第一流路板40の吸入流路凹部43、吐出流路凹部44及び区画部45に対応する吸入流路凹部53、吐出流路凹部54及び区画部55を有している。以上の第一流路板40と第二流路板50は、区画部45を含む接合面46と区画部55を含む接合面56を例えばロー付けで接合することで、吸入側筒状突起41に連なる吸入流路26と、吐出側筒状突起42に連なる吐出流路27とが形成される。第一・第二流路板はAl、Cu、SUSなどの0.1〜0.3mm程度の薄板を使用し、流路の厚さを1mm以下とすることで薄型化を実現できる。この吸入流路26と吐出流路27は、断面非円形で吸入側筒状突起41と吐出側筒状突起42の突出方向に直交する方向の幅が広い偏平形状をなしている。また、凹部54は第一または第二流路のどちらか一方のみに設けても良い。
Similarly to the first
吸入側筒状突起41と吐出側筒状突起42はそれぞれ、両突起の外周面と環状溝24a(25a)の内周面の間にOリング47(57)を介在させた状態で、該環状溝24aと25aに挿入され、液密が保持される。吸入側筒状突起41と吐出側筒状突起42の先端部には、内方フランジ41aと42aが形成されていて、吸入側筒状突起41と吐出側筒状突起42が容易に潰れないように機械的に強化されている。なお、内方フランジ41aと42aは本実施の形態の場合、吸入または吐出流路側筒状突起41、42の先端部内側に向くように設けられているが、外側に向けて形成しても良い。この場合、ロアハウジング21と第一流路板40の着脱時において、Oリング47、57の脱落を防止することが可能となる。
The suction-side
以上の圧電ポンプは、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、吸入流路26、吸入流路孔24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から吐出流路孔25、吐出流路27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。
In the above-described piezoelectric pump, when the
そして本実施形態では、吸入流路26からポンプ室Pに至る流路及びポンプ室Pから吐出流路27に至る流路が、第一流路板40と第二流路板50によって形成されており、第一流路板40には、吸入流路孔24、吐出流路孔25と同軸の環状溝24a、25aに挿入される吸入側筒状突起41、吐出側筒状突起42が形成されている。このため、小型化薄型化が可能である。すなわち、ハウジング21、22には、ポンプ室Pを吸入流路26及び吐出流路27に連通させるための突起物が存在せず、フレキシブルなチューブ体も存在しない。
In the present embodiment, the flow path from the
以上の実施形態では、第一流路板40と第二流路板50で吸入側と吐出側の流路を形成しているが、第一、第二の流路板は、吸入側と吐出側で分ける(つまり、第一、第二の流路板40と50を区画部45と55で切断して別体とする)ことも可能であり、別体とすれば、吸入流路孔24と吐出流路孔25の配置位置及び方向の自由度が高まる。
In the above embodiment, the first
以上の実施形態では、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、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。
In the above embodiment, the unimorph type
20 圧電ポンプ(ダイヤフラムポンプ)
21 22 ハウジング
24 吸入流路孔
25 吐出流路孔
24a 25a 環状溝
26 吸入流路
27 吐出流路
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 第一流路板
41 吸入側筒状突起
42 吐出側筒状突起
43 吸入流路凹部
44 吐出流路凹部
45 区画部
47 57 Oリング
50 第二流路板
53 吸入流路凹部
54 吐出流路凹部
55 区画部
P ポンプ室
20 Piezoelectric pump (diaphragm pump)
21 22
Claims (7)
上記一対のハウジングの少なくとも一方に、上記ポンプ室に連通させて形成した吸入側逆止弁を有する吸入流路孔と吐出側逆止弁を有する吐出流路孔;
上記吸入流路孔に連通する筒状突起を有する吸入側第一流路板と、この吸入流路板に積層結合され上記筒状突起に連通する吸入流路を構成する吸入側第二流路板とを有する吸入流路;及び
上記吐出流路孔に連通する筒状突起を有する吐出側第一流路板と、この吐出側第一流路板に積層結合され上記筒状突起に連通する吐出流路を構成する吐出側第二流路板とを有する吐出流路;
を備え、
上記吸入側第一流路板の筒状突起の先端部と吐出側第一流路板の筒状突起の先端部にはそれぞれ、フランジが形成されていることを特徴とするダイヤフラムポンプ。 An oscillating diaphragm that forms a pump chamber with a peripheral edge held in a liquid-tight manner between a pair of housings;
A suction flow path hole having a suction side check valve and a discharge side check valve formed in communication with the pump chamber in at least one of the pair of housings;
A suction-side first flow path plate having a cylindrical projection communicating with the suction flow path hole, and a suction-side second flow path plate constituting a suction flow path laminated and coupled to the suction flow path plate and communicating with the cylindrical projection. A discharge-side first flow path plate having a cylindrical protrusion communicating with the discharge flow-path hole, and a discharge flow path stacked and coupled to the discharge-side first flow path plate and communicating with the cylindrical protrusion. A discharge flow path having a discharge-side second flow path plate constituting
With
A diaphragm pump , wherein a flange is formed at each of a distal end portion of the cylindrical projection of the suction side first flow path plate and a distal end portion of the cylindrical projection of the discharge side first flow path plate .
上記吸入流路孔と吐出流路孔にそれぞれ連通する一対の筒状突起を有する第一の板部材;及び
この第一の板部材に積層結合され、上記一対の筒状突起にそれぞれ連通する一対の液流路を形成する第二の板部材;
を有し、
上記第一の板部材の一対の筒状突起の先端部にはそれぞれ、フランジが形成されていることを特徴とするダイヤフラムポンプの薄型流路構造。 Between the pair of housings, a vibrating diaphragm that holds the periphery in a liquid-tight manner to form a pump chamber is sandwiched, and the pump chamber is connected to at least one of the pair of housings via a suction-side check valve. A flow path structure used for a diaphragm pump in which a suction flow path hole that communicates with a discharge flow path hole that communicates with the pump chamber via a discharge-side check valve,
A first plate member having a pair of cylindrical protrusions communicating with the suction flow path hole and the discharge flow path hole; and a pair of layers coupled to the first plate member and communicating with the pair of cylindrical protrusions, respectively. A second plate member forming a liquid flow path of
Have
A thin-film channel structure for a diaphragm pump , wherein a flange is formed at each of the tip ends of the pair of cylindrical protrusions of the first plate member .
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