JPH03225086A - Micropump - Google Patents

Micropump

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JPH03225086A
JPH03225086A JP2019242A JP1924290A JPH03225086A JP H03225086 A JPH03225086 A JP H03225086A JP 2019242 A JP2019242 A JP 2019242A JP 1924290 A JP1924290 A JP 1924290A JP H03225086 A JPH03225086 A JP H03225086A
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JP
Japan
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diaphragm
substrate
thin film
piezoelectric element
micropump
Prior art date
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Application number
JP2019242A
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Japanese (ja)
Inventor
Hajime Miyazaki
肇 宮崎
Masaaki Handa
半田 正明
Tasuke Uehara
太介 上原
Tsukasa Muranaka
司 村中
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Priority to DE69009431T priority patent/DE69009431T2/en
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Abstract

PURPOSE:To bond a driving piezoelectric element on a diaphragm uniformly and easily in a micropump formed of a base plate, a diaphragm, and the like by providing the diaphragm center part with a supporting part with the tip thereof in contact with the base plate. CONSTITUTION:A diaphragm 6 is supported not only at its peripheral part by the engagement with a surface plate 3 but also at its center part by a protrusion 81. Accordingly, at the time of bonding a driving piezoelectric element 7 on the diaphragm 6, because of the protrusion 81 becoming a support and a stopper to oppose the pressing force to the piezoelectric element 7, the surface of the diaphragm 6 is hardly curved, and its flatness is maintained. The piezoelectric element 7 can be therefore bonded uniformly and stably, and even if the piezoelectric element 7 is pressed rather hard at the time of bonding, there is no fear of damaging peripheral joints, thus facilitating bonding work.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、マイクロマシーニング技術を応用したマイク
ロポンプに関し、特にマイクロポンプの駆動用圧電素子
とダイアフラムとの取付構造に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a micropump to which micromachining technology is applied, and particularly to a mounting structure between a piezoelectric element for driving a micropump and a diaphragm.

[従来の技術] Stマイクロマシーニング技術を応用したマイクロポン
プについては、例えば日経エレクトロニクスNα480
.第135頁〜第139頁(1989年8月21日発行
)に記載されている。マイクロポンプの構成としては、
2バルブ(入口・出口バルブの2つ)のものと、3バル
ブ(入口・出口バルブのほかに中間バルブの計3つ)の
ものがあり、それぞれ一長一短がある。ここではそれぞ
れの長所、短所については特に触れない。
[Prior art] Regarding the micropump applying St micromachining technology, for example, Nikkei Electronics Nα480
.. It is described on pages 135 to 139 (published August 21, 1989). The configuration of the micropump is as follows:
There are two-valve types (two inlet and outlet valves) and three-valve types (three intermediate valves in addition to the inlet and outlet valves), and each type has its advantages and disadvantages. I will not specifically discuss the advantages and disadvantages of each here.

いま、2バルブのものについて説明すれば第12図のよ
うに構成されている。ガラス基板200の上にSi薄膜
板201により2つのバルブ202.203とその中間
にダイアフラム204を形成して接合し、さらにそのS
i薄膜板201上にガラス板205を接合し、ダイアフ
ラム204を空気層206を介して発熱抵抗207で駆
動する構成である。ガラス基板200にはバルブ202
゜203にそれぞれ通じる入口ポート208及び出口ポ
ート209が設けられ、空気層206の空気膨張により
ダイアフラム204が膨らむと、ポンプ室210の内圧
の上昇により入口バルブ202を閉じるとともに出口バ
ルブ203を開き、ポンプ室210内の圧力流体を出口
ポート209へ吐出し、一方空気層206の収縮により
ダイアフラム204が元に戻ると、上記バルブ202,
203がそれぞれ反対に動作し、入口ポート208から
流体を吸い込み、出口ポート209への吐出はバルブ2
03の閉止により遮断するようになっている。
Now, to explain the two-valve type, it is constructed as shown in Fig. 12. Two bulbs 202 and 203 and a diaphragm 204 are formed and bonded between them using a Si thin film plate 201 on a glass substrate 200, and the S
A glass plate 205 is bonded onto a thin film plate 201, and a diaphragm 204 is driven by a heat generating resistor 207 via an air layer 206. A bulb 202 is provided on the glass substrate 200.
An inlet port 208 and an outlet port 209 are provided, which respectively communicate with the pump. The pressure fluid in the chamber 210 is discharged to the outlet port 209, and when the diaphragm 204 returns to its original position due to the contraction of the air layer 206, the valves 202,
203 operate in opposite directions, drawing in fluid from the inlet port 208 and discharging it to the outlet port 209 via valve 2.
It is cut off by closing 03.

かかるマイクロポンプは微量の精密な流量制御が可能な
ので、医療用(糖尿病患者のインシュリン投薬等)や化
学分析用への応用が可能であることを示唆している。
Since such micropumps are capable of precisely controlling minute amounts of flow, this suggests that they can be applied to medical applications (such as insulin administration for diabetic patients) and chemical analysis.

[発明が解決しようとする課題] ところで、マイクロポンプのダイアフラムを駆動するの
に圧電素子を用いることは圧電素子の良好な制御性のた
めに有利であり、そのこと自体は公知である。しかしな
がら、圧電素子のピエゾ効果を十分に発揮させるために
はダイアフラムとの接着が均一に行われる必要があり、
きわめて薄い膜のダイアフラム上への接着は非常に困難
であった。すなわち、従来のマイクロポンプでは薄膜の
ダイアフラムをその周縁部で支持しており、そのダイア
フラム上に圧電素子を押し付けながら接着する構造であ
るため、圧電素子の接着に際し、ダイアフラムがたわん
だりして表面の平用度を保ち11#ず、接着が良好に行
われないことがあった。また、圧電素子への押付力が過
大であると周辺の接合部がダメージを受けたりするので
押付力の調節が難しく、接着作業が困難を極めていた。
[Problems to be Solved by the Invention] By the way, using a piezoelectric element to drive the diaphragm of a micropump is advantageous because of good controllability of the piezoelectric element, and this fact itself is known. However, in order to fully utilize the piezoelectric effect of the piezoelectric element, it is necessary to bond it to the diaphragm evenly.
Adhesion of extremely thin membranes onto diaphragms was very difficult. In other words, in conventional micropumps, a thin film diaphragm is supported at its periphery, and the piezoelectric element is pressed onto the diaphragm while being bonded. Therefore, when the piezoelectric element is bonded, the diaphragm may bend and the surface may be damaged. In some cases, the flatness was not maintained at 11#, and adhesion was not performed well. Furthermore, if the pressing force applied to the piezoelectric element is excessive, the surrounding joints may be damaged, making it difficult to adjust the pressing force and making the bonding work extremely difficult.

本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので
、マイクロポンプ駆動用の圧電素子のダイアフラム上へ
の線管が均一に安定して行えるとともに接着作業が容易
なマイクロポンプを提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve such problems, and an object thereof is to provide a micropump in which a wire tube can be uniformly and stably attached to a diaphragm of a piezoelectric element for driving a micropump, and in which bonding work is easy. purpose.

[課題を解決するための手段] 上記の目的を達成するために、本発明に係るマイクロポ
ンプは、基板、薄膜板、及び表面板のサンドイッチ構造
から成り、薄膜板に形成したダイアフラム上に駆動用の
圧電素子を固着し、ダイアフラムの周辺部を表面板に接
合した2バルブもしくは3バルブのマイクロポンプにお
いて、ダイアフラムの中央部を支持する支持部を設け、
支持部の先端が基板に接触するように設けたものである
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the micropump according to the present invention has a sandwich structure of a substrate, a thin film plate, and a surface plate, and has a drive plate on a diaphragm formed on the thin film plate. In a two-valve or three-valve micropump in which a piezoelectric element is fixed and the peripheral part of the diaphragm is bonded to a surface plate, a support part is provided to support the center part of the diaphragm,
The tip of the support portion is provided so as to be in contact with the substrate.

そして、該支持部は通常、棒状突起であるが、筒状突起
もしくはダイアフラムの直径方向に設けた凸条の突起と
したり、あるいは突起状の支持部の代りにダイアフラム
自体を直接基板に接触させ支持することもできる。
The support portion is usually a bar-shaped projection, but it may also be a cylindrical projection or a protrusion provided in the diameter direction of the diaphragm, or the diaphragm itself may be brought into direct contact with the substrate instead of a protrusion-like support portion. You can also.

また、ダイアフラムを薄膜板ではなくその上に接合され
る表面板に形成し、一方薄膜板には底部を基板に接合し
先端がダイアフラムの中心部に接触する筒状の突起を設
け、流体を基板の人口ポートから吸入し、突起の中心孔
を通して基板の出口ポートから吐出するように構成した
ものである。
In addition, the diaphragm is formed not on the thin film plate but on the surface plate bonded on top of it, and on the other hand, the thin film plate is provided with a cylindrical protrusion whose bottom part is bonded to the substrate and whose tip touches the center of the diaphragm, allowing the fluid to flow into the substrate. The device is configured to inhale from the artificial port of the protrusion and discharge from the outlet port of the substrate through the central hole of the protrusion.

[作 用] 本発明におけるマイクロポンプは、ダイアフラムの周辺
部を表面板によって接合支持するとともに、その中央部
を先端(下端)が基板に接触する支持部により支持して
いるため、ダイアフラム上に駆動用の圧電素子を接着す
るにあたり、支持部がストッパー作用を果たし、ダイア
フラム周辺の接合部とともに圧電素子への押付力に十分
に対向するので、ダイアフラム表面の平坦度を保つこと
ができる。そのため、圧電素子の接着を均一かつ安定に
行うことができ、接着作業も容易である。
[Function] In the micropump of the present invention, the peripheral part of the diaphragm is bonded and supported by the surface plate, and the central part is supported by the support part whose tip (lower end) contacts the substrate. When bonding the piezoelectric element for use, the support part acts as a stopper and, together with the joint part around the diaphragm, sufficiently counters the pressing force against the piezoelectric element, so that the flatness of the diaphragm surface can be maintained. Therefore, piezoelectric elements can be bonded uniformly and stably, and bonding work is also easy.

上記の支持部を筒状の突起もしくはダイアフラムの直径
方向に設けた凸条の突起とすることによって、ダイアフ
ラムの支持がさらに安定する。また、突起状の支持部の
代りにダイアフラム自体を直接基板に接触支持させても
同様の作用効果を奏する。
The support of the diaphragm is further stabilized by forming the support portion as a cylindrical protrusion or a convex protrusion provided in the diametrical direction of the diaphragm. Furthermore, the same effect can be obtained by supporting the diaphragm itself in direct contact with the substrate instead of using the protruding support portion.

なお、駆動用圧電素子によるダイアフラムの動作は支持
部がストッパーとしての働きをするために、振幅が常に
一定となり、安定した定量吐出が可能となる。なお振幅
が片側のみとなるため1回の吐出量としては減るが、吐
出回数を増加させたり、駆動電圧を上げるなどしてトー
タルの吐出量を多くすることができるため実用上問題は
ない。
In addition, since the support part functions as a stopper in the operation of the diaphragm by the drive piezoelectric element, the amplitude is always constant, and stable quantitative discharge is possible. Note that since the amplitude is only on one side, the amount of ejection per time is reduced, but there is no practical problem because the total amount of ejection can be increased by increasing the number of ejections or increasing the drive voltage.

また、支持部とダイアフラムを分離し、該支持部を筒状
の突起として薄膜板に形成し、該突起の底部を基板に接
合し、先端をダイアフラムの中心部に接触させる構成と
する場合には、突起が上記のストッパー作用を果たすほ
か、突起の中心孔を通して流体を出力側へ定量吐出する
といった流量制御弁の作用をなす。
In addition, when the support part and the diaphragm are separated, the support part is formed as a cylindrical projection on a thin film plate, the bottom of the projection is joined to the substrate, and the tip is brought into contact with the center of the diaphragm. In addition to the above-mentioned stopper function, the protrusion also functions as a flow rate control valve, such as discharging a fixed amount of fluid to the output side through the central hole of the protrusion.

[実施例] 第1図は本発明によるマイクロポンプの実施例を示す断
面図で、2バルブの場合を示している。
[Example] FIG. 1 is a sectional view showing an example of a micropump according to the present invention, and shows a case of two valves.

第2図及び第3図はそれぞれ第1図のA−A線、B−B
線における横断平面図である。
Figures 2 and 3 are lines A-A and B-B in Figure 1, respectively.
FIG.

全体符号10で示すマイクロポンプは、基板1、薄膜板
2、表面板3のサンドイッチ構造によるものである。
The micropump designated by the general reference numeral 10 has a sandwich structure of a substrate 1, a thin film plate 2, and a surface plate 3.

基板1は、例えば厚さ1 am程度のガラス基板からな
り、人口ポート11及び出口ポート12が設けられてい
る。これらのポートにはそれぞれチューブ13.14を
液洩れしないように接着剤15で接合し、チューブ13
の基端は例えば薬液タンク(図示せず)に、チューブ1
4の先端は例えば注射針(図示せず)に連結される。
The substrate 1 is made of, for example, a glass substrate with a thickness of about 1 am, and is provided with an artificial port 11 and an exit port 12. Tubes 13 and 14 are respectively connected to these ports with adhesive 15 to prevent liquid leakage.
For example, the proximal end of the tube 1 is connected to a chemical tank (not shown).
The tip of 4 is connected to, for example, an injection needle (not shown).

薄膜板2は、例えば厚さ0.31■程度のSt基板から
なり、エツチング法により入口バルブ4゜出口バルブ5
.及び両バルブの間にダイアフラム6を形成し、さらに
ダイアフラム6の中心に先端(下端)82が基板1の表
面に接触する棒状突起81からなる支持部8を形成し、
また必要な流路(第2図、第3図参照)を設け、基板l
の上に陽極接合法で接合される。接合個所は符号16a
The thin film plate 2 is made of, for example, an St substrate with a thickness of about 0.31 cm, and is formed by etching an inlet valve 4° and an outlet valve 5.
.. A diaphragm 6 is formed between both valves, and a support portion 8 consisting of a rod-shaped protrusion 81 whose tip (lower end) 82 contacts the surface of the substrate 1 is formed at the center of the diaphragm 6.
In addition, the necessary flow paths (see Figures 2 and 3) are provided, and the substrate l
It is bonded on top by anodic bonding method. The joining point is number 16a
.

16b、16c、16dで示される部位である。These are the parts indicated by 16b, 16c, and 16d.

なお、支持部8の断面形状は任意であり、円形、角形等
で何でもよい。
Note that the cross-sectional shape of the support portion 8 is arbitrary, and may be any shape such as circular or square.

第2図、第3図に見られるように、入口ポート11に連
なる入力流路111が設けられ、入力流路111は通孔
112を介して出口バルブ5の上方に設けた室113に
通じ、さらに通孔114及び連絡流路115を介して入
口バルブ4の室116に通じている。入口バルブ4は弁
体41で形成されており、その中心に通孔117を設け
、上方の室118に通じている。さらに室118は通孔
119及び連絡流路120を介してダイアフラム6下方
のポンプ室121に通じ、圧力流体は出力流路122を
経て出口バルブ5の室123に流れる。そして、出口バ
ルブ5は出口ポート12の入口12aを覆うキャップ状
の弁体51で形成されている。
As seen in FIGS. 2 and 3, an input flow path 111 is provided which is connected to the inlet port 11, and the input flow path 111 communicates with a chamber 113 provided above the outlet valve 5 through a through hole 112. Furthermore, it communicates via a through hole 114 and a communication channel 115 with a chamber 116 of the inlet valve 4 . The inlet valve 4 is formed by a valve body 41 and has a through hole 117 in its center, which communicates with an upper chamber 118 . Furthermore, the chamber 118 communicates via a through hole 119 and a communication channel 120 with a pump chamber 121 below the diaphragm 6, and the pressure fluid flows via an output channel 122 into a chamber 123 of the outlet valve 5. The outlet valve 5 is formed of a cap-shaped valve body 51 that covers the inlet 12a of the outlet port 12.

ダイアフラム6の駆動手段として、ピエゾディスクの圧
電素子7が薄膜の電極板71を介してダイアフラム6上
に接着されている。上記の支持部8は圧電素子7の接着
の際の支柱となる。図中、72.73は圧電素子7に電
圧を印加するためのリード線である。
As a driving means for the diaphragm 6, a piezoelectric element 7 of a piezo disk is bonded onto the diaphragm 6 via a thin film electrode plate 71. The support portion 8 described above serves as a support when the piezoelectric element 7 is bonded. In the figure, 72 and 73 are lead wires for applying voltage to the piezoelectric element 7.

薄膜板2の上には基板1と同様のガラス基板からなる表
面板3が圧電素子7の挿入口31を設けて陽極接合法に
より接合され、上記のポンプ流路系を確立している。ダ
イアフラム6の周辺部61も表面板3の挿入口31の周
りに接合されている。
On the thin film plate 2, a surface plate 3 made of a glass substrate similar to the substrate 1 is bonded by an anodic bonding method with an insertion opening 31 for the piezoelectric element 7, thereby establishing the above-mentioned pump flow path system. A peripheral portion 61 of the diaphragm 6 is also joined around the insertion opening 31 of the surface plate 3.

表面板3の厚さは約0.5−■である。The thickness of the top plate 3 is approximately 0.5-cm.

この実施例の構成によると、ダイアフラム6は表面板3
との接合による周辺部の支持のほかに、突起81による
中心部の支持の双方によって支持されることになる。し
たがって、駆動用の圧電素子7をダイアフラム6上に接
着するにあたり、突起81が支柱ないしストッパーとな
って圧電素子7への押付力に対し十分に対向するため、
ダイアフラム6表面が湾曲することが少なく、換言すれ
ばダイアフラム6表面の平坦度が保持されるので、圧電
素子7を均一に安定して接着することができる。また、
接着の際にある程度強く圧電素子7を押し付けても周辺
の接合部にダメージを与えるおそれがないので、接着作
業が容品となる。
According to the configuration of this embodiment, the diaphragm 6 is connected to the surface plate 3.
In addition to being supported at the periphery by joining with , the center part is supported by the protrusion 81 . Therefore, when bonding the driving piezoelectric element 7 onto the diaphragm 6, the protrusion 81 acts as a support or a stopper and sufficiently opposes the pressing force against the piezoelectric element 7.
Since the surface of the diaphragm 6 is less likely to curve, in other words the flatness of the surface of the diaphragm 6 is maintained, the piezoelectric element 7 can be bonded uniformly and stably. Also,
Even if the piezoelectric element 7 is pressed with some force during adhesion, there is no risk of damaging the surrounding joints, so the adhesion work is easy.

次に、この実施例のポンプ動作を説明する。Next, the pump operation of this embodiment will be explained.

第4図は駆動用圧電素子7の駆動回路を示すブロック図
で、第5図はこの実施例の動作説明図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a drive circuit for the driving piezoelectric element 7, and FIG. 5 is an explanatory diagram of the operation of this embodiment.

第4図において、701はリチウム電池等の電源、70
2は昇圧回路、703はCPU、704は低電圧の信号
を高電圧の信号に変換するレベルシフタ、705は圧電
素子7を駆動するドライバ706はポンプの流量を表示
する表示装置、707は流量の選択スイッチである。
In FIG. 4, 701 is a power source such as a lithium battery, and 70
2 is a booster circuit, 703 is a CPU, 704 is a level shifter that converts a low voltage signal into a high voltage signal, 705 is a driver that drives the piezoelectric element 7 706 is a display device that displays the pump flow rate, 707 is a flow rate selection It's a switch.

まず、スイッチ707で流量を選択し、CPU703か
らポンプ駆動信号が出力される。CPU703の信号は
一般的に3〜5Vの電圧で動作しており、また圧電素子
7は50V等の交番電圧で動作される。そして、昇圧回
路702で3vの電圧を50Vに昇圧し、レベルシフタ
704によってCPU703からの信号を50Vの信号
に変換する。
First, a flow rate is selected using the switch 707, and a pump drive signal is output from the CPU 703. The signal of the CPU 703 is generally operated at a voltage of 3 to 5V, and the piezoelectric element 7 is operated at an alternating voltage such as 50V. Then, the booster circuit 702 boosts the voltage of 3V to 50V, and the level shifter 704 converts the signal from the CPU 703 into a 50V signal.

このように圧電素子7に50Vの交番電圧を周期的に印
加し、IHz〜数Hzの振動を与える。
In this way, an alternating voltage of 50 V is periodically applied to the piezoelectric element 7 to give vibrations of IHz to several Hz.

ピエゾ効果によりダイアフラム6が第5図(a)のよう
に上側へたわむと、ポンプ室121が減圧するので、こ
れにより室123の隔壁52が下側へたわみ、出口バル
ブ5が閉じると同時に、室118の隔壁42が上側へた
わみ、入口バルブ4が開くため、通孔117を通じて入
口ポート11に連通する室116から定量の流体を吸入
する。
When the diaphragm 6 deflects upward due to the piezo effect as shown in FIG. The septum 42 at 118 is deflected upwardly, opening the inlet valve 4 and thus sucking in a fixed amount of fluid from the chamber 116 communicating with the inlet port 11 through the through hole 117 .

反対にダイアフラム6が第5図(b)のように第5図(
a)の状態から元に戻ろうとする時、ポンプ室121の
圧力が上昇し、この圧力はそれぞれ流路120,122
を通じて室118,123に同時に伝達されその内圧を
昇圧する。室118の内圧の昇圧により入口バルブ4を
設けた隔壁42が下側へ押され、人口バルブ4の弁体4
1を基板1に押し付けるため、人口バルブ4は閉じるこ
とになる。同時に、室123の内圧の昇圧によりその隔
壁52を押し上げるため、出口バルブ5の弁体51が基
板1より離れ、出口バルブ5が開き、出口ポート12へ
定量の圧力流体を吐出する。
On the contrary, the diaphragm 6 is shown in FIG. 5(b) as shown in FIG.
When trying to return to the original state from a), the pressure in the pump chamber 121 increases, and this pressure increases through the flow paths 120 and 122, respectively.
The air is simultaneously transmitted to the chambers 118 and 123 through the air, increasing the internal pressure thereof. Due to the increase in the internal pressure of the chamber 118, the partition wall 42 provided with the inlet valve 4 is pushed downward, and the valve element 4 of the artificial valve 4 is pushed downward.
1 is pressed against the substrate 1, the artificial valve 4 is closed. At the same time, the increase in the internal pressure of the chamber 123 pushes up the partition wall 52, so the valve element 51 of the outlet valve 5 separates from the substrate 1, the outlet valve 5 opens, and a fixed amount of pressure fluid is discharged to the outlet port 12.

なお、ダイアフラム6の動作は突起81がストッパーと
しての働きをするため、第5図(C)に示すように振幅
が一定となり、安定した定量吐出が可能となる。なお振
幅が片側のみとなるため1回の吐出量としては減るが、
吐出回数を増加したり、駆動電圧を上げるなどして、ト
ータルの吐出量を多くすることができるため、実用上問
題はない。
In addition, since the protrusion 81 functions as a stopper in the operation of the diaphragm 6, the amplitude becomes constant as shown in FIG. 5(C), and stable quantitative discharge becomes possible. Note that since the amplitude is only on one side, the amount of discharge per discharge will decrease, but
There is no practical problem because the total amount of ejection can be increased by increasing the number of ejections or increasing the drive voltage.

このように圧電素子7によりダイアフラム6を振動させ
ることにより、上記の吸入・吐出が連続的に行われ、か
つ振動数を増加させれば脈流の少ないポンプが得られる
。なお、出口バルブ5は出口ポート12の人口12aを
覆うキャップ状の弁体51で形成されているため、出口
ポート12の背圧による隔壁52の持上げ力(出口バル
ブ5の開放力)の作用方向はその隔壁52に対するポン
プ室121の圧力の押上げ方向と同じになり、背圧は出
口バルブ5に対し常に開く方向に作用している。そのた
吟、背圧が出口バルブ5の持つ弾性力及び隔壁52に及
ぼす外力に基づく押付力に打ち勝つまでは、つまり所要
のポンプ使用範囲ではほぼ一定の流量を吐出することに
なる。
By vibrating the diaphragm 6 using the piezoelectric element 7 in this manner, the suction and discharge described above are performed continuously, and by increasing the vibration frequency, a pump with less pulsation can be obtained. Note that since the outlet valve 5 is formed of a cap-shaped valve body 51 that covers the port 12a of the outlet port 12, the direction of action of the lifting force (opening force of the outlet valve 5) on the partition wall 52 due to the back pressure of the outlet port 12 is is the same as the upward direction of the pressure in the pump chamber 121 against the partition wall 52, and the back pressure always acts on the outlet valve 5 in the direction of opening. In other words, until the back pressure overcomes the elastic force of the outlet valve 5 and the pressing force based on the external force exerted on the partition wall 52, a substantially constant flow rate is discharged within the required range of use of the pump.

因みに、このマイクロポンプの流量性能を示すと第11
図のようになり、差圧Pがある圧力、約4001IH2
0まではほぼ一定の流ff1Qを吐出する。
By the way, the flow rate performance of this micro pump is 11th.
As shown in the figure, the pressure with differential pressure P is approximately 4001IH2
A substantially constant flow ff1Q is discharged until 0.

次に、第6図は本発明の他の実施例を示すもので、支持
部8をダイアフラム6と同軸の円筒状突起83として形
成した場合である。
Next, FIG. 6 shows another embodiment of the present invention, in which the support portion 8 is formed as a cylindrical projection 83 coaxial with the diaphragm 6.

この円筒状突起83により、ダイアフラム6の支持がよ
り安定するので、駆動用圧電素子7の接着作業もより簡
単・確実に行える。また、この実施例の動作は第1図の
実施例と同様である。なお、図示は省略するが、第1図
の実施例との組合せも可能である。
This cylindrical protrusion 83 makes the support of the diaphragm 6 more stable, so that the work of bonding the driving piezoelectric element 7 can be performed more easily and reliably. Further, the operation of this embodiment is similar to that of the embodiment shown in FIG. Although not shown, a combination with the embodiment shown in FIG. 1 is also possible.

第7図は本発明の他の実施例を示すもので、支持部8を
ダイアフラム6の直径方向に伸びる凸条突起84とした
場合である。第1図の棒状突起81をダイアフラム6の
直径方向に複数連設してもよいが、製作が簡単であるた
め凸条に形成したものである。この場合も第1図の実施
例とほぼ同様の作用効果を奏する。なおかつ、入力側か
らの不意の圧力を受けた場合にも凸条突起により出口側
への流体の移動を抑えることができるし、出口バルブ側
からの逆流も抑えることができる。
FIG. 7 shows another embodiment of the present invention, in which the support portion 8 is a protrusion 84 extending in the diameter direction of the diaphragm 6. Although a plurality of bar-shaped protrusions 81 shown in FIG. 1 may be arranged in a row in the diametrical direction of the diaphragm 6, they are formed in the form of convex strips for ease of manufacture. In this case as well, substantially the same effects as in the embodiment shown in FIG. 1 can be achieved. Moreover, even when unexpected pressure is applied from the input side, the protrusion can suppress the movement of fluid toward the outlet side, and can also suppress backflow from the outlet valve side.

以上の実施例では、突起81,83.84を先端が基板
1に接するようにダイアフラム6の中央部に設けたもの
である。したがって、最終的には突起をなくし、ダイア
フラム6それ自体を直接基板1に接触するように形成す
ることもできる。この実施例の構成を第8図に示す。
In the embodiments described above, the protrusions 81, 83, 84 are provided at the center of the diaphragm 6 so that their tips are in contact with the substrate 1. Therefore, in the end, the protrusion can be eliminated and the diaphragm 6 itself can be formed so as to be in direct contact with the substrate 1. The configuration of this embodiment is shown in FIG.

第8図の実施例では、ダイアフラム6の全面が基板1に
接触しているので、圧電素子7の接着がさらに簡単にで
きる。また、ダイアフラム6全体がポンプ作用を行うべ
く図中破線で示すように上方域で振動しなければならな
い。またダイアフラム6の連絡流路120及び出力流路
122につながる部分に溝62を設け、基板1から液体
が流れるようにした構造とする。この場合も第7図で説
明したと同様の作用効果を奏する。
In the embodiment shown in FIG. 8, since the entire surface of the diaphragm 6 is in contact with the substrate 1, the piezoelectric element 7 can be bonded more easily. Further, in order for the entire diaphragm 6 to perform a pumping action, it must vibrate in the upper region as shown by the broken line in the figure. Further, a groove 62 is provided in a portion of the diaphragm 6 that connects to the communication channel 120 and the output channel 122, so that the structure allows liquid to flow from the substrate 1. In this case as well, the same effect as explained in FIG. 7 is achieved.

次に、第9図は本発明のさらに他の実施例を示す断面図
で、第10図は第9図のC−C線における横断平面図で
ある。
Next, FIG. 9 is a sectional view showing still another embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a cross-sectional plan view taken along the line CC in FIG. 9.

この実施例では、ダイアフラム6Aを、上記実施例のよ
うに薄膜板ではな(Siまたはガラス製の薄膜の表面板
3Aと一体に形成し、一方、薄膜板2Aに対してはダイ
アフラム6Aの中心部を支持する円筒状突起85を設け
、突起85の中心孔124に出力流路122を連通させ
るとともに、突起85の底部の出力流路122以外の部
分を基板1に接合する構成としたものである。なお、薄
膜板2Aと基板1の接合個所は第1図の実施例と同様に
16a、16b、16c、16dであり、薄膜板2Aと
表面板3Aの接合個所は16e、16f、16g、16
hで示される個所である。
In this embodiment, the diaphragm 6A is not a thin film plate as in the above embodiment (it is formed integrally with a thin film surface plate 3A made of Si or glass, and the central part of the diaphragm 6A is A cylindrical protrusion 85 is provided to support the protrusion 85, an output channel 122 is communicated with the center hole 124 of the protrusion 85, and a portion other than the output channel 122 at the bottom of the protrusion 85 is bonded to the substrate 1. Note that the joints between the thin film plate 2A and the substrate 1 are 16a, 16b, 16c, and 16d, similar to the embodiment shown in FIG.
This is the location indicated by h.

この実施例においては、突起85の先端は表面11[Z
3Aすなわちダイアフラム6Aの下面に接触し、ダイア
フラム6Aに対するストッパー作用を果たすとともに、
ダイアフラム6Aの振動により一定の流量を中心孔12
4を通じて出力側へ吐出する流量制御弁の作用を行う。
In this embodiment, the tip of the protrusion 85 is located at the surface 11 [Z
3A, that is, contacts the lower surface of the diaphragm 6A, and acts as a stopper for the diaphragm 6A.
Vibration of the diaphragm 6A allows a constant flow rate to flow through the center hole 12.
4 acts as a flow rate control valve for discharging to the output side.

なお、以上の実施例では2バルブタイプのマイクロポン
プについて説明したが、3バルブのものでも同様に適用
できる。
In the above embodiments, a two-valve type micropump has been described, but a three-valve type micropump is also applicable.

[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、下記のような効果
が得られる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, the following effects can be obtained.

(1)2バルブもしくは3バルブのマイクロポンプにお
いて、ダイアフラムの支持を表面板によりダイアフラム
周辺部で接合支持するほかに、突起による支持部で中央
部を支持する構成としたので、駆動用圧電素子のダイア
フラムへの接着が均一力つ安定に行え、接着作業も容易
にできる。
(1) In a 2-valve or 3-valve micropump, the diaphragm is supported by a surface plate that connects and supports the diaphragm around the diaphragm, and in addition, the central part is supported by a protruding support part, so that the drive piezoelectric element Adhesion to the diaphragm can be done with uniform force and stability, making the adhesion work easy.

(2)上記支持部をダイアフラムそれ自体を基板に接触
させる構成とすることにより、さらに接着作業が簡単に
なるばかりか、入力側からの不意の圧力に対する出口側
への流体移動防止や、出口側からの逆流防止の作用が期
待され、ポンプ性能の向上が図れる。
(2) By configuring the support section to bring the diaphragm itself into contact with the substrate, it not only simplifies the bonding work but also prevents the fluid from moving toward the outlet side in response to unexpected pressure from the input side. It is expected to prevent backflow from occurring, and improve pump performance.

(3)また、支持部とダイアフラムを分離し、表面板に
ダイアフラムを形成し、一方薄膜板にはダイアフラムの
中心部を支持する筒状の突起を形成し、該突起の底部を
基板に接合し、先端部はダイアフラムに接触させる構成
とすることにより、該突起がダイアフラムに対するスト
ッパー作用を行うばかりか、突起の中心孔を通して定量
の流量を圧力側へ吐出する流量制御弁の作用を行うので
、ポンプ性能の向上が図れる。
(3) Also, the support part and the diaphragm are separated, and the diaphragm is formed on the surface plate, while a cylindrical protrusion that supports the center of the diaphragm is formed on the thin film plate, and the bottom of the protrusion is bonded to the substrate. By making the tip contact the diaphragm, the protrusion not only acts as a stopper for the diaphragm, but also acts as a flow rate control valve that discharges a fixed amount of flow to the pressure side through the center hole of the protrusion. Performance can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明によるマイクロポンプの−実施例を示す
断面図、第2図及び第3図はそれぞれ第1図A−A線、
B−B線における横断平面図、第4図は駆動用圧電素子
の駆動回路構成例を示すブロック図、第5図(a)〜(
c)は第1図の実施例の動作図、第6図は支持部が筒状
突起の場合の他の実施例を示す断面図、第7図は支持部
が凸条突起の場合の他の実施例を示す横断平面図、第8
図はダイアフラム自体を支持部とした場合の他の実施例
を示す断面図、第9図は本発明のさらに他の実施例を示
す断面図、第10図は第9図のC−C線における横断平
面図、第11図は第1図の実施例のポンプ性能をあられ
す特性線図、第12図は従来の2バルブタイプマイクロ
ボンブの断面図である。 1・・・基板 2.2A・・・薄膜板 3.3A・・・表面板 4・・・入口バルブ 5・・・出口バルブ 6.6A・・・ダイアフラム 7・・・圧電素子 8・・・支持部 10・・・マイクロポンプ 11・・・入口ポート 12・・・出口ポート 81・・・棒状突起 83・・・筒状突起 84・・・凸条突起 85・・・円筒状突起
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of the micropump according to the present invention, and FIGS. 2 and 3 are respectively taken along the line A-A in FIG.
A cross-sectional plan view taken along the line B-B, FIG. 4 is a block diagram showing an example of the drive circuit configuration of the drive piezoelectric element, and FIGS.
c) is an operational diagram of the embodiment shown in Fig. 1, Fig. 6 is a cross-sectional view showing another embodiment in which the support part is a cylindrical projection, and Fig. 7 is a diagram showing another embodiment in which the support part is a convex projection. Cross-sectional plan view showing the embodiment, No. 8
The figure is a sectional view showing another embodiment in which the diaphragm itself is used as a support part, FIG. 9 is a sectional view showing still another embodiment of the present invention, and FIG. A cross-sectional plan view, FIG. 11 is a characteristic diagram showing the pump performance of the embodiment shown in FIG. 1, and FIG. 12 is a cross-sectional view of a conventional two-valve type microbomb. 1...Substrate 2.2A...Thin film plate 3.3A...Surface plate 4...Inlet valve 5...Outlet valve 6.6A...Diaphragm 7...Piezoelectric element 8... Support part 10...Micro pump 11...Inlet port 12...Outlet port 81...Bar-shaped projection 83...Cylindrical projection 84...Convex projection 85...Cylindrical projection

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)基板と、該基板上に接合された薄膜板と、該薄膜
板に形成されたダイアフラム及び少なくとも2個所のバ
ルブと、前記薄膜板上に接合され、前記ダイアフラムの
周辺部を接合した表面板と、前記ダイアフラム上に固着
された駆動用の圧電素子とを備え、前記基板の入口ポー
トから流体を吸入し、前記基板の出口ポートから吐出す
るようにしたマイクロポンプにおいて、 先端が前記基板に接触する支持部を前記ダイアフラムの
中央部に設けたことを特徴とするマイクロポンプ。 (2)前記支持部が筒状の突起であることを特徴とする
請求項1記載のマイクロポンプ。(3)前記支持部が前
記ダイアフラムの直径方向に設けた凸条の突起であるこ
とを特徴とする請求項1記載のマイクロポンプ。 (4)前記支持部が前記基板に接触する前記ダイアフラ
ムそれ自体であることを特徴とする請求項1記載のマイ
クロポンプ。 (5)基板と、該基板上に接合された薄膜板と、該薄膜
板に形成された少なくとも2個所のバルブと、前記薄膜
板上に接合され、ダイアフラムを設けた表面板と、前記
ダイアフラム上に固着された駆動用の圧電素子と、前記
薄膜板に形成され、底部を前記基板に接合するとともに
先端が前記ダイアフラムの中心部に接触する筒状の突起
とを備え、前記基板の入口ポートから流体を吸入し、前
記突起の中心孔を通して前記基板の出口ポートから吐出
するようにしたマイクロポンプ。
Scope of Claims: (1) A substrate, a thin film plate bonded on the substrate, a diaphragm formed on the thin film plate, and at least two valves, a thin film plate bonded on the thin film plate, and a diaphragm formed on the thin film plate, A micropump comprising a surface plate having a peripheral portion joined to the diaphragm and a driving piezoelectric element fixed on the diaphragm, the micropump sucking in fluid from an inlet port of the substrate and discharging it from an outlet port of the substrate. . A micropump, characterized in that a support portion whose tip contacts the substrate is provided in the center of the diaphragm. (2) The micropump according to claim 1, wherein the support portion is a cylindrical projection. (3) The micropump according to claim 1, wherein the support portion is a protrusion provided in a diametrical direction of the diaphragm. (4) The micropump according to claim 1, wherein the support portion is the diaphragm itself that contacts the substrate. (5) a substrate, a thin film plate bonded onto the substrate, at least two valves formed on the thin film plate, a surface plate bonded onto the thin film plate and provided with a diaphragm, and a surface plate bonded onto the thin film plate and provided with a diaphragm; a piezoelectric element for driving fixed to the diaphragm; and a cylindrical protrusion formed on the thin film plate, the bottom of which is joined to the substrate and the tip of which contacts the center of the diaphragm; A micropump that sucks in fluid and discharges it from an outlet port of the substrate through a central hole of the protrusion.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5499909A (en) * 1993-11-17 1996-03-19 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Of Kariya Pneumatically driven micro-pump
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