JPH05172060A - Micropump - Google Patents
MicropumpInfo
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- JPH05172060A JPH05172060A JP34272291A JP34272291A JPH05172060A JP H05172060 A JPH05172060 A JP H05172060A JP 34272291 A JP34272291 A JP 34272291A JP 34272291 A JP34272291 A JP 34272291A JP H05172060 A JPH05172060 A JP H05172060A
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- Japan
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- pump
- check valve
- piezoelectric element
- bubbles
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は積層型ないしバイモルフ
型の圧電素子を用いた微量ポンプに係り、特に、ポンプ
室内部に気泡が混入した場合の気泡除去装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a micro-pump using a laminated or bimorph type piezoelectric element, and more particularly to a bubble removing device when bubbles are mixed in a pump chamber.
【0002】[0002]
【従来の技術】積層型ないしバイモルフ型の圧電素子を
応用したポンプは、一般に、小流量用ポンプとして用い
られている。これは、圧電素子の振動変形量が数十μm
程度と小さく、素子のみの変形量では大流量を液送する
ことが困難なためである。通常、このような圧電ポンプ
は、例えば、特開昭61−28776 号公報に見るように、ポ
ンプ室のケーシングの一部を圧電素子で構成すると共
に、流体の吸入口及び吐出口付近の流路に逆止弁を付設
するような構造となっている。このように構成されたポ
ンプにおいて、圧電素子に交流電圧を加えると素子は振
動変形し、ポンプ室内部の流体は押し出され、ポンプと
して機能することができる。2. Description of the Related Art A pump to which a laminated or bimorph type piezoelectric element is applied is generally used as a small flow rate pump. This is because the vibration deformation amount of the piezoelectric element is several tens of μm.
This is because it is small and it is difficult to deliver a large flow rate with the amount of deformation of only the element. Usually, in such a piezoelectric pump, a part of the casing of the pump chamber is composed of a piezoelectric element, and the flow passages near the inlet and outlet of the fluid are formed, as disclosed in, for example, JP-A-61-28776. It has a structure in which a check valve is attached to the. In the pump configured as described above, when an AC voltage is applied to the piezoelectric element, the element vibrates and deforms, the fluid in the pump chamber is pushed out, and the pump can function as a pump.
【0003】図2は、従来の圧電素子を応用した微量ポ
ンプ10の構造の一例を示したものである。ここでは、
ポンプ室11の上下に二個のバイモルフ型の圧電素子1
を付設すると共に、吸入口20及び吐出口21付近の流
路中に逆止弁4を付設し、上流側への還流を押さえるよ
うに構成している。このようなポンプに用いられる逆止
弁4としては、例えば、図3(a),(b)に示すよう
な構造が考えられる。両逆止弁4共、固定部品である弁
座2と弾性変形可能な弁体3とを備え、流れを制御する
ものである。ポンプ室11内部に流入した流体は、順方
向の流れ(図中右方向)には、流体力により弁体3の中
央部が流れ方向に弾性変形し、弁体3のスリット部から
流出する。一方、逆方向の流れ(図中左方向)には、弁
体3が流れをさえぎることにより、上流側への逆流を防
止するものである。本圧電ポンプ10を小形化した場
合、逆止弁4自身の小形化も必要となる。例えば、吸入
口20及び吐出口21の外径寸法をφ1mm程度とした場
合、逆止弁の各流路部をφ0.2〜φ0.3mm程度の寸法
で製作する必要がある。このようなポンプ10に、気泡
5(一般に1〜2mmの大きさをもつ)が混入した流体が
流入すると、図4に示すように、逆止弁4の狭い流路部
に気泡5が留まり、ポンプ10外部に排出できなくなる
ことが予想され、その結果、ポンプとしての機能を果た
さなくなるという問題がある。FIG. 2 shows an example of the structure of a micro-pump 10 to which a conventional piezoelectric element is applied. here,
Two bimorph type piezoelectric elements 1 above and below the pump chamber 11.
And a check valve 4 in the flow path near the suction port 20 and the discharge port 21 to suppress the return to the upstream side. As the check valve 4 used in such a pump, for example, a structure as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b) can be considered. Both of the check valves 4 are provided with a valve seat 2 which is a fixed component and an elastically deformable valve body 3 to control the flow. The fluid that has flowed into the pump chamber 11 flows forward (rightward in the drawing), and the central portion of the valve body 3 is elastically deformed in the flow direction by the fluid force and flows out from the slit portion of the valve body 3. On the other hand, in the flow in the reverse direction (leftward in the figure), the valve body 3 blocks the flow to prevent the reverse flow to the upstream side. If the piezoelectric pump 10 is downsized, the check valve 4 itself must be downsized. For example, when the outer diameters of the suction port 20 and the discharge port 21 are set to about 1 mm, it is necessary to fabricate each flow path portion of the check valve in a size of about 0.2 to 0.3 mm. When a fluid containing bubbles 5 (generally having a size of 1 to 2 mm) flows into such a pump 10, as shown in FIG. 4, the bubbles 5 stay in the narrow flow passage of the check valve 4, It is expected that the pump 10 cannot be discharged to the outside of the pump 10, and as a result, the function as the pump cannot be achieved.
【0004】さらに、ポンプ10の小形化に伴い、弁体
3の可動部が非常に小さくなるので、弁体3を変形させ
るのに比較的大きな力が必要となり、圧電素子1の反発
力では弁体3を十分に変形させることができないという
問題がある。Further, as the size of the pump 10 is reduced, the movable portion of the valve body 3 becomes very small, so that a relatively large force is required to deform the valve body 3, and the repulsive force of the piezoelectric element 1 causes the valve to move. There is a problem that the body 3 cannot be deformed sufficiently.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】医療や製薬機器に用い
られるポンプには、数cc以下の流量を移送する微量ポ
ンプが必要とされ、制御性に優れ、かつ、小型化に対応
し易いことから、圧電ポンプは有効な方式の一つといえ
る。しかし、ポンプの小形化に当っては、ポンプ本体に
実装される逆止弁の小形化も必要となり、それに伴い、
逆止弁内の流路部の断面積が非常に狭くなる。このた
め、気泡が混入した流体がポンプ内に流入した場合、気
泡が逆止弁の狭い流路部を通過できずポンプ室内部に残
留する恐れがある。いったん残留した気泡は、その表面
張力の影響によりポンプ自身の力ではポンプ外部に排出
することができず、徐々に気泡が滞留し、最後にはポン
プとしての機能を果たさなくなるという問題がある。Since a pump used for medical or pharmaceutical equipment requires a micro-pump for transferring a flow rate of several cc or less, it has excellent controllability and can easily be adapted to miniaturization. It can be said that the piezoelectric pump is one of the effective methods. However, in order to reduce the size of the pump, it is necessary to reduce the size of the check valve mounted on the pump body.
The cross-sectional area of the flow passage in the check valve becomes very narrow. Therefore, when a fluid mixed with bubbles flows into the pump, the bubbles may not be able to pass through the narrow passage portion of the check valve and may remain inside the pump chamber. Due to the influence of the surface tension, the bubbles that remain once cannot be discharged to the outside of the pump by the force of the pump itself, the bubbles gradually accumulate, and finally there is a problem that the function of the pump cannot be fulfilled.
【0006】その対策法として、強制的に気泡を排除す
る専用の加圧手段の付設が考えられるが、その都度、気
泡除去を行っていたのでは使い勝手が悪く、しかもポン
プ全体が大形化するという問題がある。又、他の手段と
して、逆止弁の流路断面積を大きくするために、ポンプ
本体に実装せず、外部に配置することも考えられるが、
ポンプ全体の大形化につながり、微量用ポンプとしては
不適当である。As a countermeasure, it is conceivable to attach a dedicated pressurizing means for forcibly eliminating air bubbles, but if air bubbles are removed each time, the usability is poor and the size of the entire pump becomes large. There is a problem. Also, as another means, in order to increase the flow passage cross-sectional area of the check valve, it is conceivable that the check valve is not mounted on the pump body but is arranged outside.
This leads to an increase in the size of the entire pump, making it unsuitable as a pump for trace amounts.
【0007】本発明の目的は、数cc程度の微量流体を
取り扱う圧電素子応用ポンプにおいて、ポンプ内部に気
泡が混入した場合でも、ポンプ自らの力で気泡を排出
し、ポンプ機能を停止させることなく連続液送できる微
量ポンプを提供することにある。An object of the present invention is to provide a piezoelectric element application pump that handles a small amount of fluid of about several cc, and even if bubbles are mixed inside the pump, the bubbles are discharged by the pump's own force without stopping the pump function. It is to provide a micro pump capable of continuous liquid feeding.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、逆止弁をポンプ室内部に設置することにより、装置
を大形化することなく気泡の通過を可能にする寸法を得
るようにした。In order to achieve the above object, a check valve is installed inside a pump chamber so that a size for allowing passage of bubbles can be obtained without upsizing the device. did.
【0009】[0009]
【作用】前述のように構成することにより、ポンプ全体
を小形化した場合でも、逆止弁を圧電素子の直径とほぼ
同程度での大きさで製作可能なため、逆止弁の流路断面
積を気泡の通過できるに十分な寸法を確保することがで
きる。これにより、ポンプの各流路部から気泡の残留し
易い個所、すなわち、逆止弁の狭い流路部分をなくすこ
とができる。したがって、ポンプ内に気泡が混入した場
合でも、円滑にポンプ外部に排出できるため、ポンプと
しての機能を損なうことがない。By configuring as described above, the check valve can be manufactured with a size approximately the same as the diameter of the piezoelectric element even when the entire pump is downsized, so that the flow path of the check valve is blocked. A sufficient size can be ensured so that bubbles can pass through the area. With this, it is possible to eliminate a portion where bubbles easily remain from each flow passage of the pump, that is, a narrow flow passage of the check valve. Therefore, even if air bubbles are mixed in the pump, they can be smoothly discharged to the outside of the pump, so that the function of the pump is not impaired.
【0010】[0010]
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を引用しなが
ら説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0011】図1は本発明の微量ポンプ10の一実施例
を示したものである。ここでは、逆止弁4をポンプ室1
1内部に設置し、ポンプ室11を二分割すると共に、逆
止弁4の流れ方向と圧電素子1の振動変形方向とが並行
になるように構成している。又、弁座2と弁体3間に若
干の隙間を設け、気泡5が通過し易いようにしている。
この場合、弁体3を弾性変形量の大きい薄膜状のシリコ
ンゴム等で製作すると共に、その表面にテフロンコーテ
ィングを施し、発水性を向上させるようにしている。こ
のように構成することにより、ポンプ10全体を小形化
した場合でも、逆止弁4を圧電素子1の直径とほぼ同程
度の大きさで製作できるため、逆止弁4の流路断面積を
十分大きく設定することができる。したがって、ポンプ
10内部に気泡5が滞留し易い個所がなくなり、気泡5
が混入した場合でも、速やかに外部へ排出されるのでポ
ンプ機能を損なうことがない。又、一つの逆止弁4で逆
流防止を図れるため、部品点数減少による高信頼性化が
図れると共に、安価に製作できる。FIG. 1 shows an embodiment of a micro pump 10 of the present invention. Here, the check valve 4 is connected to the pump chamber 1
The pump chamber 11 is divided into two parts, and the flow direction of the check valve 4 and the vibration deformation direction of the piezoelectric element 1 are parallel to each other. Further, a slight gap is provided between the valve seat 2 and the valve body 3 so that the bubbles 5 can easily pass through.
In this case, the valve body 3 is made of thin-film silicon rubber or the like having a large amount of elastic deformation, and its surface is coated with Teflon to improve water repellency. With this configuration, the check valve 4 can be manufactured to have a size substantially the same as the diameter of the piezoelectric element 1 even when the entire pump 10 is downsized, so that the flow passage cross-sectional area of the check valve 4 can be reduced. It can be set large enough. Therefore, there is no place where the bubbles 5 are likely to stay inside the pump 10, and the bubbles 5
Even if is mixed, it is quickly discharged to the outside, so the pump function is not impaired. Further, since the single check valve 4 can prevent the backflow, the number of parts can be reduced to achieve high reliability and the manufacturing can be performed at low cost.
【0012】次いで、図5に本発明の変形応用例の一例
を示す。これは、逆止弁4の弁座2部品をポンプ10本
体の一部品として構成したものである。すなわち、ポン
プ本体に、逆止弁の機能の一部をもたせるように構成し
た例である。図からも明らかなように、弁座2部分を省
略できるため、弁座2とポンプ10との接合部からのリ
ークを防止できるため、信頼性の高いポンプを実現でき
る。又、ポンプ10を構成する部品点数が少なくなるた
め、さらに安価に製作できる。Next, FIG. 5 shows an example of a modified application of the present invention. In this, the valve seat 2 part of the check valve 4 is configured as one part of the pump 10 main body. That is, this is an example in which the pump body is configured to have a part of the function of the check valve. As is clear from the figure, since the valve seat 2 portion can be omitted, leakage from the joint between the valve seat 2 and the pump 10 can be prevented, so that a highly reliable pump can be realized. Further, since the number of parts constituting the pump 10 is reduced, the manufacturing cost can be further reduced.
【0013】さて、本ポンプに付設する逆止弁4の構造
は、例えば、図6に示すように、弁座2と弁体3との間
隔を一定間隔T離すように構成することも可能である。
本構造とすることにより、弁の吐出側流路径Doを弁吸
入側流路径Diと同程度に大きく設定することが可能と
なるため、より気泡5を排出し易くなる。The structure of the check valve 4 attached to the present pump may be configured such that the valve seat 2 and the valve body 3 are separated from each other by a constant distance T, as shown in FIG. 6, for example. is there.
With this structure, the discharge side flow path diameter Do of the valve can be set to be as large as the valve suction side flow path diameter Di, so that the bubbles 5 are more easily discharged.
【0014】さらに、図7に示すように、逆止弁4の吸
入口20数を複数とすることも可能である。これによ
り、ポンプ室11内に入った複数の気泡5は、逆止弁4
の各吸入口20に分散して流れるため、速やかにポンプ
10外部へ排出される。したがって、気泡5の混入によ
る流量低下時間を短くできる。又、この吸入口20の形
状は、ストレート形状のみに限定されるものではない。
例えば、図8に示すように、吸入口20形状をテーパ状
とすることも考えられる。これにより、ポンプ室11内
部の気泡5をスムーズに逆止弁4の吸入口20に導くこ
とができるため、気泡5混入による流量低下時間を、よ
り短縮できる。Further, as shown in FIG. 7, it is possible to provide the check valve 4 with a plurality of suction ports 20. As a result, the plurality of bubbles 5 that have entered the pump chamber 11 are not
Since it flows dispersedly in each of the suction ports 20, the gas is promptly discharged to the outside of the pump 10. Therefore, the flow rate reduction time due to the inclusion of the bubbles 5 can be shortened. The shape of the suction port 20 is not limited to the straight shape.
For example, as shown in FIG. 8, the shape of the suction port 20 may be tapered. As a result, the bubbles 5 inside the pump chamber 11 can be smoothly guided to the suction port 20 of the check valve 4, so that the flow rate reduction time due to the inclusion of the bubbles 5 can be further shortened.
【0015】[0015]
【発明の効果】本発明によれば、ポンプ全体を小形化し
た場合でも、ポンプ内部へ気泡が混入することによるポ
ンプ機能停止させることなく、連続液送できる微量ポン
プを実現できる。As described above, according to the present invention, it is possible to realize a small amount pump capable of continuous liquid feeding without stopping the pump function due to bubbles mixed in the pump even when the entire pump is downsized.
【0016】又、一つの逆止弁で逆流防止を図れるた
め、部品点数減少による高信頼性化が図れると共に、安
価に製作できる。Further, since a single check valve can prevent the backflow, the number of parts can be reduced to improve the reliability and the manufacturing cost can be reduced.
【図1】本発明の一実施例を示す微量ポンプの上面図
(a)及び横断面図(b)。FIG. 1 is a top view (a) and a cross-sectional view (b) of a micropump showing an embodiment of the present invention.
【図2】従来の圧電素子応用ポンプの構造例を示した横
断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a structural example of a conventional piezoelectric element-applied pump.
【図3】従来の圧電ポンプに供試される逆止弁の一例の
横断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of an example of a check valve used in a conventional piezoelectric pump.
【図4】従来の圧電ポンプに供試される逆止弁に気泡が
混入した場合の滞留状況を示す横断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state of retention when bubbles are mixed in a check valve used for a conventional piezoelectric pump.
【図5】逆止弁の弁座部品をポンプ本体の一部品として
構成した微量ポンプの横断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view of a micro pump in which the valve seat component of the check valve is configured as one component of the pump body.
【図6】逆止弁の弁座と弁体の間隔を、一定間隔離すよ
うに構成した微量ポンプの横断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view of a micro-pump configured so that a space between a valve seat and a valve body of a check valve is separated by a certain amount.
【図7】逆止弁の吸入口数を複数とした微量ポンプの横
断面図。FIG. 7 is a cross-sectional view of a micro pump having a plurality of check valves as suction ports.
【図8】吸入口形状をテーパ状とした微量ポンプの横断
面図。FIG. 8 is a cross-sectional view of a micro pump having a tapered suction port shape.
1…圧電素子、2…弁座、3…弁体、4…逆止弁、5…
気泡、10…ポンプ、11…ポンプ室、20…吸入口、
21…吐出口。1 ... Piezoelectric element, 2 ... Valve seat, 3 ... Valve body, 4 ... Check valve, 5 ...
Bubbles, 10 ... Pump, 11 ... Pump chamber, 20 ... Suction port,
21 ... Discharge port.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高木 勇輔 東京都千代田区神田駿河台四丁目6番地 株式会社日立製作所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yusuke Takagi 4-6, Surugadai Kanda, Chiyoda-ku, Tokyo Hitachi, Ltd.
Claims (3)
制御装置とを備えたポンプにおいて、逆止弁または一方
向性流体抵抗をポンプ室内部に設置し、ポンプ室を二分
割したことを特徴とする微量ポンプ。1. A pump comprising a piezoelectric element and a control device for driving and controlling the piezoelectric element, wherein a check valve or a one-way fluid resistance is installed inside the pump chamber, and the pump chamber is divided into two parts. Characteristic micro pump.
制御装置とを備えたポンプにおいて、ポンプ本体に逆止
弁または一方向性流体抵抗の機能の一部を付属させたこ
とを特徴とする微量ポンプ。2. A pump including a piezoelectric element and a control device for driving and controlling the piezoelectric element, wherein a part of a function of a check valve or a one-way fluid resistance is attached to the pump body. A small amount of pump.
制御装置とを備えたポンプにおいて、逆止弁または一方
向性流体抵抗をポンプ室内部に設置し、前記ポンプ室を
二分割したことを特徴とする微量ポンプの気泡除去方
法。3. A pump including a piezoelectric element and a control device for driving and controlling the piezoelectric element, wherein a check valve or a one-way fluid resistance is installed inside the pump chamber, and the pump chamber is divided into two parts. A method for removing bubbles from a micro-pump.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34272291A JPH05172060A (en) | 1991-12-25 | 1991-12-25 | Micropump |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34272291A JPH05172060A (en) | 1991-12-25 | 1991-12-25 | Micropump |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05172060A true JPH05172060A (en) | 1993-07-09 |
Family
ID=18355987
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34272291A Pending JPH05172060A (en) | 1991-12-25 | 1991-12-25 | Micropump |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05172060A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022014121A1 (en) * | 2020-07-17 | 2022-01-20 | 株式会社村田製作所 | Fluid control device |
TWI771885B (en) * | 2021-01-29 | 2022-07-21 | 研能科技股份有限公司 | Thin gas transportation device |
-
1991
- 1991-12-25 JP JP34272291A patent/JPH05172060A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2022014121A1 (en) * | 2020-07-17 | 2022-01-20 | 株式会社村田製作所 | Fluid control device |
US20230140980A1 (en) * | 2020-07-17 | 2023-05-11 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Fluid control device |
TWI771885B (en) * | 2021-01-29 | 2022-07-21 | 研能科技股份有限公司 | Thin gas transportation device |
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