JPH05157052A - 流体搬送装置、及び流体搬送方法 - Google Patents

流体搬送装置、及び流体搬送方法

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JPH05157052A
JPH05157052A JP3323268A JP32326891A JPH05157052A JP H05157052 A JPH05157052 A JP H05157052A JP 3323268 A JP3323268 A JP 3323268A JP 32326891 A JP32326891 A JP 32326891A JP H05157052 A JPH05157052 A JP H05157052A
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pipe
tube
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groove
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Seiji Takeuchi
誠二 竹内
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型で流量、及び流れ方向、更にはシャッタ
ーの機能を有する流体搬送装置を得る。 【構成】 管4の内面に電歪素子1を配列する。素子1
に順次電圧を印加することにより素子1を伸ばし、これ
により流体を搬送する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、微小な流体を搬送する
装置、及び搬送方法に関する。
【0002】
【従来の技術】流体を搬送する装置として従来以下のも
のがあった。
【0003】図12に示すのはSqueegeeタイプポンプと
呼ばれるもので、流体が流れるチューブ101とそれを
押すリング102とその中の偏心ローター部103,1
04,105によって構成されている。このポンプは流
体とローター部等を直接接触させない構成を考えて考案
された。流体を絞り出すようにして送るものである。
【0004】Squeegeeタイプポンプでは、偏心ローター
部が左周りに回るとリング102がチューブ101をつ
ぶすことになる。そのまま回転を続けるとチューブを円
周方向に押しつけながら回り、このチューブの圧縮が流
体を右に押し上げると同時に、左側でチューブがもとの
直径に戻る作用で左から流体を引き込むことになる。リ
ングと偏心ローターは独立しているので、リングとチュ
ーブの間で擦れあったりチューブが摩耗したりしないよ
うになっている。図12の構成では、偏心ローター部1
03と104の間で突起で偏心度を選べるようになって
いるが、これはチューブの太さや堅さ、それから流体の
粘性に応じて選べばよい。
【0005】図13に示すのはケーリーのロータリーポ
ンプである。回転子111はドラム112と同軸である
が出入り口の部分ではこれらは接触する。114はバネ
になっていて、羽根113を外側に押し出す。矢印の方
向に回転子が回ると115から流体が吸い込まれ、11
6から吐き出される。
【0006】図14に示すのはポッペンハイムポンプで
ある。この他に同様なポンプは羽根の形の違いで多数あ
る。回転子121,122が矢印の方向に回転すると1
25から流体が吸い込まれ、126から吐き出される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
従来例ではいずれも回転部分を要し、構造が大きくなる
という欠点があった。また、流量や流速の自由な制御は
難しく、間欠的な流体搬送の量の制御も困難であった。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記事情に鑑み
なされたもので、その目的とする所は、小型で、流量、
流れ方向等も任意に制御できる流体搬送装置、及び搬送
方法を提供することにある。
【0009】上記目的を達成するために本発明の流体搬
送装置は、管の軸方向の任意の範囲で、管の内周に沿っ
て断面積が変化する方向に、管の肉厚が膨張及び収縮す
る手段を有する管と、管の肉厚の膨張及び収縮を制御す
る手段を備えるものである。
【0010】また本発明は管の内部もしくは外部に、管
の中心軸に対して垂直方向に伸縮する素子を、管の軸方
向に沿って複数並べてなり、管の所定部分の断面積を変
化させるものである。
【0011】更にまた、本発明は基板上に溝を有すると
共に前記溝の底に、溝の作成方向に対して垂直方向に伸
縮する素子を、管の作成方向に複数配設した2枚の基板
を互いに溝を対向させて接着してなるもので、素子がピ
エゾ素子であることを含む。
【0012】また、本発明は基板上に作成した溝と、そ
の溝の上を覆う弾性膜と、前記弾性膜上に配設した櫛形
バイモルフ圧電素子からなり、前記圧電素子によって膜
に圧力を加え、前記溝と弾性膜により形成した管の断面
積を局所的に変化させるものである。
【0013】更に、本発明は上記素子の伸縮もしくは膨
張、収縮を順次行なうことによって、管内の流体を管の
軸方向に搬送するもので、また素子の膨張を保つことに
よって、流体の流れを止めて管内のシャッターの機能を
果たすものである。
【0014】更に、本発明は所定間隙離れて平行に配設
した2枚の基板の対向面に基板面に垂直方向に伸縮する
素子を所定数配置すると共に前記各素子を独立に伸縮さ
せる制御手段を有してなり、互いに対向する素子が伸び
た状態では互いの素子の対向面が当接するように構成す
るもので、またこの装置を用いる流体搬送方法におい
て、膨張した素子で閉空間を作りその中に流体を閉じ込
め、この閉空間を順次移動させることによって両基板間
の所定方向に間欠的に流体を搬送するものである。
【0015】上記の構成によって管を作成することによ
り、この管の一部において局所的に断面積を小さくでき
る。素子への入力を管の軸方向にずらして行くことによ
って、この段面積が小さい部分を順に送って行き、管内
の流体を送ることが可能となる。本発明を用いると、搬
送路が枝わかれしている場合にも任意の方向に流体の搬
送が可能であり、更に間欠的にも流体を搬送することが
可能となる。回転部分を持たないために大きさは非常に
小さくできる。
【0016】
【実施例】以下、実施例により本発明を説明する。
【0017】[実施例1]図2はシリコン基板上に形成
された1素子部を示したものであるが、電歪素子1は電
極2a,2bに挟まれて、配線3a,3bによってy方
向に電圧がかかるようになっており、電圧がかかるとz
方向に伸びるものである。この構成をx方向に多数並
べ、図1に示すようにある時間に、複数の素子がかかっ
ている電圧が例えば図1の下のグラフのようにする。こ
のときの入力電圧は、矩形波でも三角波でも任意の波形
でよい。この電圧分布を徐々にx方向にずらして行く
と、あたかも管4を絞っているように管4の断面積が小
さい部分がx方向に進み、これに伴なって流体がx方向
に押し出される。この電圧のスイッチングの速さで、流
速の制御が可能である。xの負方向は、流体の供給源で
あるか、開放端になっていることが望ましい。
【0018】[実施例2]図3は図1に示す素子を管の
上下に備えた構成を示すものである。この構成では上下
の電歪素子を並列に接続すると、同じ電圧で管の断面積
の収縮率が倍になる。図4に流体が搬送される様子を順
に示した。前記実施例と同様で、(a)から(d)にか
けて、電圧をかけている所を徐々にx方向にずらして行
くと流体がx方向に押し出される状態を示している。
【0019】図5は、両側が開放端になっているような
場合の電圧のかけ方である。図4のように、電圧が一瞬
かかってその後もとに戻るとAの左側の流体にはx方向
に引っ張られる圧力がかかるため、図5では、Aの素子
にまず電圧をかけ(a)、そこからx方向の素子に順に
電圧をかけて行くが((b)〜(d))、電圧のかかっ
た素子には電圧をかけたままにする。このような電圧の
かけ方によって、双方向に開放端を持っていても、流体
にx軸方向の圧力をかけることなく流体を搬送すること
が可能となる。素子Aより左の流体は、x軸正方向に進
めないことから、この動作は本装置が、管内で流体のシ
ャッターとしても機能することも示す。 [実施例3]図6は、流体の供給源から管が枝わかれし
ている実施例を示す。図4の実施例と同様な電圧のかけ
方をすると、枝わかれしている搬送路5〜8のうち、任
意の搬送路に流体を搬送することが可能となる。例えば
Wの方向に流体を搬送する場合、Aから順にBまで電圧
をかけて行けばよい。ただし、もしX,Y,Zの3方向
のみに流体を搬送するような場合にWからの流体が逆流
するのが不都合な場合、Wに最後に流体を搬送した際
に、図5に示すような電圧のかけ方をして、そのまま電
圧をかけたままにすることによって、AB間は閉じた管
となり、6,7,8の搬送路への搬送が原因で負の圧力
が搬送路5にかかっても、逆流は避けられる。
【0020】[実施例4]図7は、素子の管の内部に並
べる他の例を示す断面図である。(a),(b)に示す
配置が例示してある。左が管が広がっているとき、右が
管が収縮しているときである。
【0021】[実施例5]図8は、間欠的な搬送をする
ときの流体の量の制御状態を示す。(a)では周期の長
いパルスが管内を押し寄せるので、1度の流体の搬送量
は多くなる。(b)では、それに対して周期の短いパル
スの入力をかけるので、1度の流体の搬送量は少なくな
る。
【0022】[実施例6]図9は、図8に示すように上
下にそれぞれ対向する複数の素子を更に2次元に広げた
応用例を示すものである。
【0023】本例においては、マス目状に素子を多数配
列した2枚の基板を、互いに素子が対向するように平行
に配置するものである。基板間の距離は互いに対向する
素子が伸びた状態のとき、素子同志が互いに当接するよ
うに調節する。
【0024】図9において、9の黒いマスが電圧のかか
った素子、10の白いマスが電圧のかかっていない素子
である。11は流体の流れる間隙を一定に保つ柱の役目
を果たす。12は流体が搬送される流体の1単位であ
る。
【0025】電歪素子への電圧の制御で任意の量の流体
を囲い込むことが可能となり、任意の方向に流体を搬送
することができる。Q方向には、電圧のかかった素子に
よる囲みの大きさをかえることによって搬送する流体の
量を制御している。
【0026】[実施例7]図10は積層型圧電素子を用
いた場合の実施例を示すものである。ステンレス板21
に厚さ100μmのポリイミドフィルム22を載せ、中
央に約3.5mmの幅だけフィルムが露出する様に高さ
約12mmのステンレスブロック23を2個用いてポリ
イミドフィルムを板21との間に挟んで固定する。市販
の積層型圧電素子(2×3×18mm)24を10個以
上並べ、全ての素子の電極26に一定の等印加電圧を加
え、素子が伸びた状態でポリイミドフィルム露出部の上
に接着する。底面がポリイミドフィルムに密着し、底面
が揃った状態で素子列を固定するため、上部を厚さ約3
mmのステンレス板25を用いて両側から挟み、板25
は上記のステンレスブロック23に固定する。全圧電素
子への印加電圧を低くすれば、ポリイミドフィルムとス
テンレス板21との間に図10(b)に示す様に約10
μmの管状の間隙ができる。再び任意の圧電素子へ電圧
を加えるとその素子の下に管内断面積が小さい部分がで
きる。上記管状の間隙からなる管27の一方に液槽を設
けることにより、流体を管の他方へ搬送する。
【0027】[実施例8]図11は櫛形バイモルフ圧電
素子を用いた搬送装置の実施例を示すものである。基板
31上に溝を作成し、その上に弾性膜32を張ることに
よって管33を構成する。櫛形バイモルフ圧電素子34
の櫛の歯の先にブロック35を片持ち台36の上に設
け、この櫛形バイモルフ圧電素子34に電圧を加え、櫛
状の歯を順に膜に押しつけることによって管の断面積が
小さい部分を作る。管の一方に液槽を設けることによ
り、流体を管の他方へ搬送する。
【0028】
【発明の効果】本発明によると、回転部分を持たずに流
体の搬送が可能になるので、従来のポンプ等に比べ大き
さは非常に小さくなり、構造も簡単になる。本装置にお
いて、電圧の入力の制御によって搬送路内の流体を自由
自在に搬送でき、流速や流量の制御や間欠的な流体搬送
も可能となる。また、この管に印加する周波数をかえる
と、管からの間欠的な流体の流量を制御することが可能
である。本発明によれば、搬送の働きと共に、管内の流
体の流れを止めるシャッターの働きもするため、搬送路
が複数本に枝わかれしている部位において、全ての管が
本発明の構成を備えていれば、任意の管にのみ流体を搬
送し、他の管における逆流を防ぐことも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例及びその動作を示す概念図で
ある。
【図2】図1の部分拡大斜視図である。
【図3】本発明の他の実施例及びその動作を示す概念図
である。
【図4】図3の搬送装置の流体の搬送状態を示す模式図
である。
【図5】図3の搬送装置を用いてシャッター機能をさせ
る状態を示す模式図である。
【図6】本発明の更に他の実施例を示す模式図である。
【図7】素子の配列例を示す説明図である。
【図8】本発明において流体の間欠搬送を行なう状態を
示す説明図である。
【図9】本発明の更に他の実施例を示す模式図である。
【図10】本発明の更に他の実施例を示す模式図であ
る。
【図11】本発明の更に他の実施例を示す模式図であ
る。
【図12】従来のSqueegeeタイプのポンプの断面図であ
る。
【図13】従来のケーリーのロータリーポンプの断面図
である。
【図14】従来のポッペンハイムポンプの断面図であ
る。
【符号の説明】
1 伸縮を制御できる素子 2a 電極 2b 電極 3a 配線 3b 配線 4 管 5 搬送路 6 搬送路 7 搬送路 8 搬送路 21 ステンレス板 22 ポリイミドフィルム 23 ステンレスブロック 24 積層型圧電素子 25 ステンレス板 26 電極 27 管 31 基板 32 弾性膜 33 管 34 バイモルフ圧電素子 35 ブロック 36 片持ち台

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 管の軸方向の任意の範囲で、管の内周に
    沿って断面積が変化する方向に、管の肉厚が膨張及び収
    縮する手段を有する管と、管の肉厚の膨張及び収縮を制
    御する手段を備えてなることを特徴とする流体搬送装
    置。
  2. 【請求項2】 管の内部もしくは外部に、管の中心軸に
    対して垂直方向に伸縮する素子を、管の軸方向に沿って
    複数並べてなり、管の所定部分の断面積を変化させるこ
    とを特徴とする流体搬送装置。
  3. 【請求項3】 基板上に溝を有すると共に前記溝の底
    に、溝の作成方向に対して垂直方向に伸縮する素子を、
    管の作成方向に複数配設した2枚の基板を溝を互いに対
    向させて接着してなることを特徴とする流体搬送装置。
  4. 【請求項4】 素子がピエゾ素子である請求項2及び3
    記載の流体搬送装置。
  5. 【請求項5】 基板上に作成した溝と、その溝の上を覆
    う弾性膜と、前記弾性膜上に配設した櫛形バイモルフ圧
    電素子からなり、前記圧電素子によって膜に圧力を加
    え、前記溝と弾性膜により形成した管の断面積を局所的
    に変化させることを特徴とする流体搬送装置。
  6. 【請求項6】 請求項2乃至5いずれか記載の素子の伸
    縮もしくは膨張、収縮を順次行なうことによって、管内
    の流体を管の軸方向に搬送することを特徴とする流体搬
    送方法。
  7. 【請求項7】 請求項2乃至5いずれか記載の素子の膨
    張を保つことによって、流体の流れを止めて管内のシャ
    ッターの機能を果たす流体搬送制御方法。
  8. 【請求項8】 所定間隙離れて平行に配設した2枚の基
    板の対向面に基板面に垂直方向に伸縮する素子を所定数
    配置すると共に前記各素子を独立に伸縮させる制御手段
    を有してなり、互いに対向する素子が伸びた状態では互
    いの素子の対向面が当接するように構成したことを特徴
    とする流体搬送装置。
  9. 【請求項9】 請求項8に記載の装置を用いる流体搬送
    方法において、膨張した素子で閉空間を作りその中に流
    体を閉じ込め、この閉空間を順次移動させることによっ
    て両基板間の所定方向に間欠的に流体を搬送することを
    特徴とする流体搬送方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05202857A (ja) * 1992-01-28 1993-08-10 Nec Corp 圧電ポンプ
JPH0712054A (ja) * 1993-06-29 1995-01-17 Kazuhisa Kamikado 浚渫用吸込吐出装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05202857A (ja) * 1992-01-28 1993-08-10 Nec Corp 圧電ポンプ
JPH0712054A (ja) * 1993-06-29 1995-01-17 Kazuhisa Kamikado 浚渫用吸込吐出装置

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