JPH05248356A - Detection device for use in micropump - Google Patents

Detection device for use in micropump

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JPH05248356A
JPH05248356A JP4049893A JP4989392A JPH05248356A JP H05248356 A JPH05248356 A JP H05248356A JP 4049893 A JP4049893 A JP 4049893A JP 4989392 A JP4989392 A JP 4989392A JP H05248356 A JPH05248356 A JP H05248356A
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JP
Japan
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micropump
detection device
electric circuit
outlet valve
valve
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Application number
JP4049893A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiko Amano
和彦 天野
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a detection device for performing control of micro flow using a micropump. CONSTITUTION:A detection device 100 has an electric circuit switching mechanism formed by forming a conductivity-enhanced protrusion 53 on a partition wall 52 comprising an outlet valve 5 provided in a thin film plate 2, and joining the back electrode plate 300 of an opposite surface plate 3 to the protrusion 53. The behavior of the outlet valve 5 appears as the elastic deformation of the partition wall 52 and the conductivity-enhanced protrusion 53 makes contact with the back electrode plate 300 of the surface plate 3, so the behavior of the outlet valve 5 is detected indirectly through the detection of the vibrational waveform of the protrusion as an electric signal applied between the protrusion 53 and the back electrode plate 300 of the surface plate 3. Since in a micropump 10 the vibrational waveform of the outlet valve portion 5 is stably detected using the electric circuit switching mechanism, whether or not the action of the pump is normal can precisely be determined according to the vibrational waveform.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【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、さらに詳しく
は、2バルブもしくは3バルブタイプのマイクロポンプ
においてバルブ部の状態を検出する検出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a micropump to which a micromachining technique is applied, and more particularly to a detection device for detecting the state of a valve portion in a 2-valve or 3-valve type micropump.

【0002】[0002]

【従来の技術】Si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No.480,第135頁−第139頁(1989
年8月21日)掲載されている。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
ではれぞれの長所、短所については特に触れない。
2. Description of the Related Art Micro pumps to which Si micromachining technology is applied are described in, for example, Nikkei Electronics No. 480, pp. 135-139 (1989)
It was published on August 21, 2012. There are two types of micropumps, one with two valves (inlet / outlet valves) and the other with three valves (three in total including an inlet / outlet valve and an intermediate valve), each having advantages and disadvantages. The advantages and disadvantages of each are not mentioned here.

【0003】いま、2バルブの物について説明すれば第
16図のように構成されている。
The two-valve structure will now be constructed as shown in FIG.

【0004】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とその中間にダイヤ
フラム204を形成して接合し、さらにそのSi薄膜板
201上にガラス板205を接合し、ダイヤフラム20
4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20
9が設けられ、空気層206の空気膨張によりダイヤフ
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20
3を開き、ポンプ室210内の圧力流体を出口ポート2
09へ吐出し、一方空気層206の収縮によりダイヤフ
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、入力ポート208から流体を吸
い込み、出口ポート209への吐出はバルブ203の閉
止により遮断するようになっている。
A Si thin film plate 201 is formed on a glass substrate 200.
The two valves 202 and 203 and the diaphragm 204 are formed between them and are joined together, and the glass plate 205 is further joined onto the Si thin film plate 201 to form the diaphragm 20.
4 is driven by the heating resistor 207 via the air layer 206. The glass substrate 200 has bulbs 202 and 203.
To the inlet port 208 and the outlet port 20 respectively leading to the
9 is provided, and when the diaphragm 204 swells due to the air expansion of the air layer 206, the inlet valve 202 is closed and the outlet valve 20 is closed due to the increase in the internal pressure of the pump chamber 210.
3 to open the pressure fluid in the pump chamber 210 to the outlet port 2
09, while the diaphragm 204 returns to its original position due to the contraction of the air layer 206, the valves 202 and 203 operate in the opposite directions, sucking fluid from the input port 208 and discharging to the outlet port 209 of the valve 203. It is designed to shut off when closed.

【0005】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。
It is suggested that such a micropump can be applied to medical purposes (insulin medication of diabetic patients, etc.) and chemical analysis because it can control a minute amount of precise flow rate.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】マイクロポンプによる
微量の精密な流量制御の可能は、特にダイヤフラム部及
びバルブ部の制御により達成される。したがって、かか
る部分の動作状態を高精度に検出することが肝要にな
る。例えば、インシュリン投薬への利用を考慮した場
合、出力ポートにおける背圧が所要の水頭(例えば40
0mmH2O)以下では常に一定の流量を吐出すること
が必要であるが、こうした流量制御はダイヤフラム部と
出口バルブ部の高精度のコントロールによって初めて可
能になる。
It is possible to precisely control a minute flow rate with a micropump, especially by controlling the diaphragm portion and the valve portion. Therefore, it is important to detect the operating state of such a portion with high accuracy. For example, considering the use for insulin medication, the back pressure at the output port requires a required head pressure (for example, 40
It is necessary to always discharge a constant flow rate below 0 mmH2O), but such flow rate control becomes possible only by highly precise control of the diaphragm section and the outlet valve section.

【0007】本発明は、マイクロポンプにより微少の流
量制御を行う上で欠くことのできないバルブ部の検出装
置を提供することを目的とする。
It is an object of the present invention to provide a valve detection device which is indispensable for controlling a minute flow rate by a micropump.

【0008】[0008]

【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、本発明にかかるマイクロポンプにおける検出装置
は、2バルブもしくは3バルブのマイクロポンプにおい
て、バルブ部の検出手段として、出口バルブを設けた隔
壁を検出する手段を設ける。該検出手段は、前記隔壁上
の突起と、該突起と対向する表面板の裏面に接合した電
極板により形成された前記電気回路開閉機構あるいは、
前記隔壁上の突起に到る電極板と、該突起と対向する表
面板の裏面に接合した電極板により形成された前記電気
回路開閉機構である。
In order to achieve the above object, a detection device in a micropump according to the present invention is a two-valve or three-valve micropump, in which an outlet valve is provided as a detection means of a valve portion. A means for detecting the partition wall is provided. The detecting means is the electric circuit opening / closing mechanism formed by a projection on the partition wall and an electrode plate joined to the back surface of a front plate facing the projection.
The electric circuit opening / closing mechanism is formed by an electrode plate reaching a protrusion on the partition wall and an electrode plate joined to a back surface of a front plate facing the protrusion.

【0009】次に、検出手段として、前記電気回路開閉
機構おける接点間の空隙を表面板の裏面あるいは、前記
隔壁上の突起をエッチングすることによって設ける。
Next, as a detecting means, a space between the contacts in the electric circuit opening / closing mechanism is provided by etching the back surface of the face plate or the projection on the partition wall.

【0010】次に、検出手段として、前記電気回路開閉
機構の少なくとも一方の電極に高融点・高硬度の高電圧
高電流用接点材料を設ける。
Next, as a detecting means, a contact material for high voltage and high current having a high melting point and a high hardness is provided on at least one electrode of the electric circuit opening / closing mechanism.

【0011】次に、検出手段として、前記電気回路開閉
機構に通電する電圧が直流の低電圧となる分圧回路を設
ける。
Next, as the detecting means, a voltage dividing circuit is provided in which the voltage applied to the electric circuit opening / closing mechanism is a low DC voltage.

【0012】以上が電気回路開閉機構による検出手段で
ある。
The above is the detection means by the electric circuit opening / closing mechanism.

【0013】また、バルブ部用検出手段と、波形の立ち
上がりから、立ち下がりまでの時間幅と、あらかじめR
OMに設定した時間幅テーブルと比較し正常か否かを判
定する検出回路を設ける。
Further, the detecting means for the valve portion, the time width from the rising to the falling of the waveform, and the R
A detection circuit is provided to determine whether the time is normal by comparing with the time width table set in OM.

【0014】[0014]

【作用】本発明におけるマイクロポンプは、ダイヤフラ
ム部駆動用の圧電素子によってダイヤフラムを周期的に
振動させ一定の微少の流量を吐出するするようになって
いる。したがって、出力バルブの振動波形を検出するこ
とにより動作が正常か否かを的確に判定することができ
る。検出装置としては、検出動作が安定で安価な電気回
路開閉機構(スイッチ)を用いるのが良い。
In the micropump according to the present invention, the piezoelectric element for driving the diaphragm periodically vibrates the diaphragm to discharge a constant minute flow rate. Therefore, it is possible to accurately determine whether or not the operation is normal by detecting the vibration waveform of the output valve. As the detection device, it is preferable to use an electric circuit opening / closing mechanism (switch) which is stable in detection operation and inexpensive.

【0015】また、検出結果の判定方法は、波形の立ち
上がりから、立ち下がりまでの時間幅と、あらかじめR
OMに設定した時間幅テーブルとを比較し正常か否かを
判定する。例えば10msから40msであれば正常、それ
以外はなんらかの不具合が発生していると判断する。
Further, the method of judging the detection result is such that the time width from the rising edge to the falling edge of the waveform and R
The time width table set in OM is compared to determine whether it is normal. For example, if it is 10 ms to 40 ms, it is determined to be normal, and otherwise, it is determined that some trouble has occurred.

【0016】[0016]

【実施例】図1は本発明におけ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。図2
及び図3はそれぞれ図1のA−A線、B−B線における
横断面図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a micropump according to the present invention, showing a case of two valves. Figure 2
3 and 4 are cross-sectional views taken along the lines AA and BB of FIG. 1, respectively.

【0017】まず、マイクロポンプの構成について説明
する。
First, the structure of the micropump will be described.

【0018】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。基板1は、例えば厚さ1mm程度のガラス基
板からなり、入力ポート11及び出力ポート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1
3、14を液漏れしないように接着剤15で接合試、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14の先端は例えば注射針(図示せず)に連結
される。
The micropump indicated by reference numeral 10 has a sandwich structure of a substrate 1, a thin film plate 2 and a surface plate 3. The substrate 1 is made of, for example, a glass substrate having a thickness of about 1 mm, and is provided with an input port 11 and an output port 12. Tube 1 for each of these ports
A bonding test was performed with an adhesive 15 so that liquids 3 and 14 would not leak, and the proximal end of the tube 13 was, for example, a chemical liquid tank (not shown).
The tip of the tube 14 is connected to, for example, an injection needle (not shown).

【0019】薄膜板2は、例えば厚さ0.3mm程度の
Si基盤からなり、エッ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ヤフラム6を形
成し、さらに必要な流路(図2、図3参照)を設け、基
盤1の上に陽極接合法で接合される。接合箇所は符号1
6a、16cで示される部位である。
The thin film plate 2 is made of, for example, a Si substrate having a thickness of about 0.3 mm, and the inlet valve 4,
An outlet valve 5 and a diaphragm 6 are formed between both valves, and a necessary flow path (see FIGS. 2 and 3) is provided, and the substrate 1 is joined by an anodic bonding method. Symbol 1 for the joint
It is a part shown by 6a and 16c.

【0020】図2、図3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11
1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
介して入力バルブ4の室116に通じている。入力バル
ブ4は正方形の弁体41で構成されており、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
イヤフラム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は出力ポート12の入口12
aを覆うキャップ状の正方形の弁体51で形成されてい
る。ダイヤフラム6の駆動手段として、ピエゾディスク
の圧電素子7が薄膜板の電極板71を介してダイヤフラ
ム6上に接着されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, an input flow passage 111 is provided so as to be connected to the inlet port 11, and the input flow passage 11 is provided.
1 communicates with a chamber 113 provided above the outlet valve 5 through a through hole 112, and further communicates with a chamber 116 of the input valve 4 through a through hole 114 and a communication passage 115. The input valve 4 is composed of a square valve body 41, a through hole 117 is provided at the center thereof, and communicates with an upper chamber 118. Further, the chamber 118 communicates with the pump chamber 121 below the diaphragm 6 through the through hole 119 and the communication flow passage 120, and the pressure fluid flows through the output flow passage 122 into the chamber 123 of the outlet valve 5. The outlet valve 5 is connected to the inlet 12 of the output port 12.
It is formed of a cap-shaped square valve body 51 that covers a. As a driving means of the diaphragm 6, a piezoelectric element 7 of a piezo disk is adhered on the diaphragm 6 via an electrode plate 71 of a thin film plate.

【0021】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。
In the figure, 72 and 73 are lead wires for applying a voltage to the piezoelectric element 7.

【0022】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。表面板3の厚さは約1mmである。
A surface plate 3 made of a glass substrate similar to the substrate 1 is provided on the thin film plate 2 by an anodic bonding method by providing an insertion port 31 for the piezoelectric element 7 to establish the pump flow path system. There is. The thickness of the face plate 3 is about 1 mm.

【0023】次に、検出室100の構成について説明す
る。この検出室100はマイクロポンプ10の出口バル
ブ部を設けた隔壁52の挙動を検出するようにマイクロ
ポンプと一体に形成されている。
Next, the structure of the detection chamber 100 will be described. The detection chamber 100 is formed integrally with the micropump so as to detect the behavior of the partition wall 52 provided with the outlet valve portion of the micropump 10.

【0024】図1に示すように、検出装置100は薄膜
板2に出口バルブ5を設けた隔壁板52の上に突起53
を形成し、突起53と対向する表面板3の裏面電極板3
00により形成された電気回路開閉機構101を有して
いる。出口バルブ5の挙動は隔壁52の弾性変位として
現れ、突起53が表面板3の裏面電極板300と接する
ので、その振動波形を突起53と表面板3の裏面電極板
300の間に印加した電気信号の振幅の変化として検出
し間接的に出口バルブ5の挙動を検知できる。電気回路
開閉機構101における突起53の接点部はB,P等の
不純物の拡散により電気抵抗を下げた高導電体102であ
る。
As shown in FIG. 1, the detection device 100 has a projection 53 on a partition plate 52 in which an outlet valve 5 is provided on a thin film plate 2.
And the back electrode plate 3 of the front plate 3 facing the protrusion 53.
It has an electric circuit opening / closing mechanism 101 formed by 00. The behavior of the outlet valve 5 appears as an elastic displacement of the partition wall 52, and the protrusion 53 contacts the back electrode plate 300 of the front plate 3. Therefore, the vibration waveform thereof is applied between the protrusion 53 and the back electrode plate 300 of the front plate 3. The behavior of the outlet valve 5 can be indirectly detected by detecting the change in the signal amplitude. The contact portion of the protrusion 53 in the electric circuit opening / closing mechanism 101 is a high conductor 102 whose electric resistance is lowered by diffusion of impurities such as B and P.

【0025】次に図4はバルブ部、特に出口バルブ5の
検出装置100の実施例を示すものである。図4に示す
ように、隔壁板52の上に突起53を形成し、突起53
に到る電極板54を設けた場合である。
Next, FIG. 4 shows an embodiment of the detection device 100 for the valve portion, particularly the outlet valve 5. As shown in FIG. 4, the protrusion 53 is formed on the partition plate 52, and the protrusion 53
This is the case where the electrode plate 54 reaching the above is provided.

【0026】図5は電気回路開閉機構101に設ける接
点間の空隙を得るため、突起53と対向する表面板3の
裏面をエッチングし、電極板300を接合した突起53
の上部のみに電極板54を設けた場合である。
In FIG. 5, in order to obtain a space between the contacts provided in the electric circuit opening / closing mechanism 101, the back surface of the surface plate 3 facing the projection 53 is etched to bond the electrode plate 300 to the projection 53.
This is a case where the electrode plate 54 is provided only on the upper part of.

【0027】同様に、図6は薄膜板2に出口バルブ5を
設けた隔壁板52の上の突起53の上部をエッチング
し、電極板54を設けた場合である。
Similarly, FIG. 6 shows the case where the electrode plate 54 is provided by etching the upper portion of the projection 53 on the partition plate 52 provided with the outlet valve 5 on the thin film plate 2.

【0028】図7は電気回路開閉機構101の少なくと
も一方の電極に高融点・高硬度の高電圧高電流用接点材
料400を設けた場合である。電気回路開閉機構101
に用いる接点材料としては、例えばPt−Ir,W,T
a,Ni,Pt,Pd, Mo,Ti,polySi,
WSi2,MoSi2,CP1,CP3を用いる。
FIG. 7 shows the case where a high melting point and high hardness contact material 400 for high voltage and high current is provided on at least one electrode of the electric circuit opening / closing mechanism 101. Electric circuit opening / closing mechanism 101
Examples of the contact material used for Pt-Ir, W, T
a, Ni, Pt, Pd, Mo, Ti, polySi,
WSi2, MoSi2, CP1 and CP3 are used.

【0029】Pt−Irの場合、下地にTaあるいはC
rを500オングストローム程度付け、2000オング
ストローム程度のPt−Ir(48:52)の密着性を
確保している。
In the case of Pt-Ir, Ta or C is used as the base.
The adhesion of Pt-Ir (48:52) of about 2000 angstrom is secured by setting r to about 500 angstrom.

【0030】図8に駆動用圧電素子7の駆動回路及びこ
の回路に出口バルブ部検出装置100(電気回路開閉機
構)の検出回路を付加した回路構成を、図12に図1の
実施例の動作状態を示す。
FIG. 8 shows a driving circuit of the driving piezoelectric element 7 and a circuit configuration in which a detection circuit of the outlet valve detecting device 100 (electric circuit opening / closing mechanism) is added to this circuit, and FIG. 12 shows the operation of the embodiment of FIG. Indicates the state.

【0031】図8において、701はリチュウム電池等
の電源、702は昇圧回路、703はCPU、704は
低圧の信号を高圧の信号に変換するレベルシフタ、70
5は圧電素子7を駆動するドライバー、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、708は検出回路である。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100V等の高圧出
動作される。そして、昇圧回路702で3Vの電圧を1
00Vに昇圧し、レベルシフタ704によってCPU7
03からの信号を100Vの信号に変換する。
In FIG. 8, 701 is a power source such as a lithium battery, 702 is a booster circuit, 703 is a CPU, 704 is a level shifter for converting a low voltage signal into a high voltage signal, 70
Reference numeral 5 is a driver for driving the piezoelectric element 7, 706 is a display device for displaying the flow rate of the pump, 707 is a flow rate selection switch, and 708 is a detection circuit. First, the flow rate is selected by the switch 707, and the pump drive signal is output from the CPU 703. The signal of the CPU 703 generally operates at a voltage of 3 to 5V, and the piezoelectric element 7 is operated to output a high voltage such as 100V. Then, the voltage of 3V is set to 1 by the booster circuit 702.
The voltage is boosted to 00V and the CPU 7 is operated by the level shifter 704.
The signal from 03 is converted into a signal of 100V.

【0032】このように圧電素子7に100Vの電圧を
周期的に印加し、0.5Hz〜数十Hzの振動を与え
る。ピエゾ効果によりダイヤフラム6が図9(a)のよ
うに下側へたわむと、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11
8,123に同時に伝達されその内圧を上昇させる。室
118の内圧の上昇により入口バルブ4を設けた隔壁4
2が下側へ押され、入口バルブ4の弁体41を基板1に
押しつけるため、入口バルブ4は閉じることになる。同
時に、室123の内圧の上昇によりその隔壁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へ定量の流体
を吐出する。
As described above, the voltage of 100 V is periodically applied to the piezoelectric element 7 to give vibration of 0.5 Hz to several tens Hz. When the diaphragm 6 bends downward as shown in FIG. 9A due to the piezo effect, the pressure in the pump chamber 121 rises,
This pressure is applied to the chamber 11 through the flow paths 120 and 122, respectively.
8 and 123 are simultaneously transmitted to increase the internal pressure. Partition wall 4 provided with inlet valve 4 due to increase in internal pressure of chamber 118
2 is pushed downward and the valve body 41 of the inlet valve 4 is pressed against the substrate 1, so that the inlet valve 4 is closed. At the same time, since the partition wall 52 is pushed up by the increase in the internal pressure of the chamber 123, the valve body 51 of the outlet valve 5 separates from the substrate 1, the outlet valve 5 opens, and a fixed amount of fluid is discharged to the outlet port 12.

【0033】印加電圧が0Vとなると、ダイヤフラム6
が図9(b)のように初期状態に戻り、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、出力バルブ5が閉じると同時に、室118の隔
壁42が上側へてわみ、入口バルブ4が開くため通孔1
17を通じて入口ポート11に連通する室116から定
量の液体を吸入する。
When the applied voltage becomes 0 V, the diaphragm 6
Returns to the initial state as shown in FIG. 9B, and the pump chamber 121
As a result, the partition wall 52 of the chamber 123 is deflected downward, the output valve 5 is closed, and at the same time, the partition wall 42 of the chamber 118 is deflected upward and the inlet valve 4 is opened.
A fixed amount of liquid is sucked from the chamber 116 communicating with the inlet port 11 through 17.

【0034】圧電素子7によりダイヤフラム6を振動さ
せることにより、上記の吸入・吐出が連続的に行なわ
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。この場合において、出力バルブ5は出力ポート
12の入力12aを覆うキャップ上の弁体51で形成さ
れているため、出力ポート12の背圧による隔壁52の
持ち上げ力(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の圧力の押し上げ方向
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。そのため、背圧が出口バルブ5の持つ
弾性力及び隔壁52に及ぼす外力に基ずく押し付け力に
打ち勝つまでは、つまり所用のポンプ使用範囲ではほぼ
一定の流量を吐出する事になる。
By vibrating the diaphragm 6 by the piezoelectric element 7, the above-mentioned suction and discharge are continuously performed, and if the frequency is increased, a pump with less pulsating flow can be obtained. In this case, since the output valve 5 is formed by the valve element 51 on the cap that covers the input 12a of the output port 12, the lifting force of the partition wall 52 (the opening force of the outlet valve 5) due to the back pressure of the output port 12 is increased. The acting direction is the same as the pushing direction of the pressure of the pump chamber 121 against the partition wall 52, and the back pressure always acts on the outlet valve 5 in the opening direction. Therefore, until the back pressure overcomes the pressing force based on the elastic force of the outlet valve 5 and the external force exerted on the partition wall 52, that is, a substantially constant flow rate is discharged in the required pump usage range.

【0035】このマイクロポンプの流量性能は図10の
ように示され、差圧Pがある圧力、約400mmH2O
まではほぼ一定の流量Qを吐出する。
The flow rate performance of this micropump is shown in FIG. 10, and the pressure difference P is about 400 mmH2O.
Up to a constant flow rate Q is discharged.

【0036】また、検出装置100及び検出回路708
の動作は次の通りである。
Further, the detection device 100 and the detection circuit 708.
The operation of is as follows.

【0037】圧電素子7に駆動電圧が印加されると、そ
れに同期してCPU703は決められたタイミングで検
出用電気回路開閉機構101及び検出回路708により
その状態を読み込む。そして、不具合発生が検出された
場合には、CPU703により駆動停止の信号を出した
り、表示装置706に不具合の表示をさせたりする。検
出回路708では、電気回路開閉機構101からの信号
を増幅したり、あるいは整流して立ち上がりから、立ち
下がりまでの時間幅を計測して比較を行ない(回路中の
カウンタの働き)、CPU703にその信号を送る働き
をする。
When a drive voltage is applied to the piezoelectric element 7, the CPU 703 reads the state of the electric circuit opening / closing mechanism 101 for detection and the detection circuit 708 at a predetermined timing in synchronization with the applied voltage. When a defect is detected, the CPU 703 outputs a drive stop signal or causes the display device 706 to display the defect. The detection circuit 708 amplifies or rectifies the signal from the electric circuit opening / closing mechanism 101 and measures the time width from rising to falling to make a comparison (a function of a counter in the circuit), and the CPU 703 outputs the signal. It works to send signals.

【0038】図11は検出用電気回路開閉機構101の
出力波形の一例を示す波形図で、これは図12(a)に
示すように、駆動用圧電素子7に100V,1Hzの電
圧パルスを印加したときの出口バルブ上の検出用電気回
路開閉機構101の出力(図12(b)参照)を増幅し
て示したものである。
FIG. 11 is a waveform diagram showing an example of the output waveform of the detection electric circuit opening / closing mechanism 101. As shown in FIG. 12A, a voltage pulse of 100 V, 1 Hz is applied to the driving piezoelectric element 7. 12 is an amplified output of the detection electric circuit opening / closing mechanism 101 on the outlet valve (see FIG. 12B).

【0039】図11において、Pはポンプが正常な場
合、Qはポンプ内に空気が入っている場合、Rはポンプ
や注射針等に詰まりが生じている場合の各波形を示して
いる。最小時間幅Tmin及び最大時間幅Tmaxは検出回路
708で不具合発生状態を判定するためにあらかじめ設
定された基準電圧であり、検出用電気回路開閉機構10
1の出力パルス立ち上がりから、立ち下がりまでの時間
幅TWと比較するため、あらかじめROMに設定されて
いる。また、駆動期間における平均時間幅TAVEは、駆
動開始後より一定期間で平均値の算出を行ないRAMに
記憶し、現在の時間幅Twの変動率Eを検出回路708
及びCPU703によって算出し、あらかじめROMに
設定した最大変動率Emaxと比較し、不具合発生状態を
判定する。例えば、Tmin=10ms,Tmax=40ms,E
max=60%(なお、Tmin,Tmax,Emaxの取り方はテ
ーブルのインデックスによって変更できる) (Tmin,Tmax,Emax) = (10,40,60) E=(Tw − Tave)/Tave * 100 [%] Tave=25ms P(正常な場合);TW=30ms Tmin<Tw<Tmax , E=2%<Emax Q(空気が入っている場合);Tw=5ms Tmin>Tw<Tmax , E=80%>Emax R(詰まりの場合);TW=45ms Tmin<Tw>Tmax , E=80%>Emax となるので、不具合発生時の状態を検知できる。
In FIG. 11, P is a waveform when the pump is normal, Q is a waveform when air is contained in the pump, and R is a waveform when the pump or injection needle is clogged. The minimum time width Tmin and the maximum time width Tmax are reference voltages set in advance for the detection circuit 708 to determine a failure occurrence state, and the detection electric circuit switching mechanism 10 is provided.
It is preset in the ROM for comparison with the time width TW from the rising edge to the falling edge of the output pulse of 1. Further, the average time width TAVE in the driving period is calculated and stored in the RAM for a certain period after the start of driving, and the fluctuation rate E of the current time width Tw is detected by the detection circuit 708.
And the maximum fluctuation rate Emax calculated by the CPU 703 and set in the ROM in advance, and the defect occurrence state is determined. For example, Tmin = 10 ms, Tmax = 40 ms, E
max = 60% (how to take Tmin, Tmax, Emax can be changed by the index of the table) (Tmin, Tmax, Emax) = (10, 40, 60) E = (Tw-Tave) / Tave * 100 [ %] Tave = 25ms P (normal); TW = 30ms Tmin <Tw <Tmax, E = 2% <Emax Q (when air is in); Tw = 5ms Tmin> Tw <Tmax, E = 80% > Emax R (in the case of clogging); TW = 45 ms Tmin <Tw> Tmax, E = 80%> Emax, so the state at the time of occurrence of a defect can be detected.

【0040】図13は不具合の状態と検出用電気回路開
閉機構の出力波形の関係を概略的に示したものである。
FIG. 13 schematically shows the relationship between the fault state and the output waveform of the detection electric circuit opening / closing mechanism.

【0041】(a)ポンプ内に空気が入っている場合 空気を圧縮することのみに圧力が使われるので、出口バ
ルブ部の検出波形はローのままか、あるいはハイの時間
幅が短くなる。
(A) When air is contained in the pump Since the pressure is used only for compressing the air, the detection waveform of the outlet valve portion remains low or the high time width becomes short.

【0042】(b)ポンプチューブ、針先の詰まりの場
合 ダイヤフラム部の振動に応じ、出口バルブは急峻な立ち
上がりで逆相に上下動するので、出口バルブ部の検出波
形はハイのままか、あるいはハイの時間幅が長くなる。
(B) When the pump tube or needle tip is clogged: The outlet valve moves up and down in a reverse phase with a sharp rise in response to the vibration of the diaphragm, so the detected waveform of the outlet valve remains high, or High duration becomes longer.

【0043】(c)ポンプ内の漏れがある、あるいは入
口バルブにゴミが詰まり開いたままの場合 上記(a)と同じである。
(C) When there is a leak in the pump or when the inlet valve is clogged with dust and remains open The same as above (a).

【0044】(d)タンクに強い力が加わった場合 圧力Pが加わった瞬間に(b)と同じになり、その圧力
が解消するまで続く。 (e)駆動用圧電素子・ダイヤフラムの亀裂、リード線
の断線の場合上記(a)と同じである。
(D) When a strong force is applied to the tank At the moment when the pressure P is applied, the pressure becomes the same as in (b) and continues until the pressure is released. (E) In the case of cracking of the driving piezoelectric element / diaphragm and disconnection of the lead wire, the same as above (a).

【0045】(f)出口バルブが背圧により開いたま
ま、あるいはゴミが出口に詰まり開いたままの場合 上記(b)と同じである。
(F) When the outlet valve remains open due to back pressure, or dust is stuck in the outlet and remains open. Same as (b) above.

【0046】以上のように不具合が発生すると、正常時
との違いが波形に現われる。また、ポンプ内が圧縮性の
空気から非圧縮性の液体に切り替わったときやその逆の
状態の切り替え時期をも検出波形から検知できる。
When a defect occurs as described above, a difference from the normal state appears in the waveform. Further, when the inside of the pump is switched from the compressible air to the incompressible liquid and the switching timing of the opposite state can be detected from the detected waveform.

【0047】なお、以上の実施例では2バルブのマイク
ロポンプについて説明したが、3バルブの物でも同様に
適用できる。
Although the two-valve micropump has been described in the above embodiments, a three-valve micropump can be similarly applied.

【0048】[0048]

【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。
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.

【0049】(1)2バルブもしくは3バルブのマイク
ロポンプに於て、出口バルブ部の振動波形を検出するよ
うに構成したので、その振動波形からポンプの動作が正
常か否かを的確に判断できる。
(1) In the two-valve or three-valve micropump, the vibration waveform of the outlet valve portion is detected, so that it is possible to accurately judge whether or not the operation of the pump is normal from the vibration waveform. ..

【0050】(2)検出装置に電気回路開閉機構(スイ
ッチ)を用いることで、より安定かつ、安価な構成とす
ることができる。
(2) By using an electric circuit opening / closing mechanism (switch) for the detection device, a more stable and inexpensive structure can be obtained.

【0051】(3)検出用電気回路開閉機構に設ける接
点間の空隙を表面板の裏面をエッチングすることによっ
て安定かつ安価な構成とすることができる。
(3) A space between contacts provided in the detection electric circuit opening / closing mechanism can be made stable and inexpensive by etching the back surface of the front plate.

【0052】(4)検出用電気回路開閉機構の少なくと
も一方の電極に高融点・高硬度の高電圧高電流用接点材
料を用いることで、より安定な動作を得られる。
(4) More stable operation can be obtained by using a high-voltage, high-current contact material having a high melting point and a high hardness for at least one electrode of the detection electric circuit opening / closing mechanism.

【0053】(5)検出回路を、波形の立ち上がりか
ら、立ち下がりまでの時間幅と、あらかじめROMに設
定した時間幅テーブルとを比較および、駆動期間におけ
る時間幅の平均と現在の時間幅との変動率によって、正
常か否かを判定するよう構成したので、精度の高い検出
ができる。
(5) The detection circuit compares the time width from the rising edge to the falling edge of the waveform with the time width table set in ROM in advance, and compares the average time width in the driving period with the current time width. Since it is configured to determine whether it is normal or not based on the variation rate, highly accurate detection can be performed.

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

【図1】本発明による出口バルブ部用検出装置を備えた
マイクロポンプの一実施例を示す断面図出ある。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a micropump provided with a detection device for an outlet valve according to the present invention.

【図2】図1A−A線における横段平面図である。FIG. 2 is a horizontal plan view taken along the line AA of FIG.

【図3】図1B−B線における横段平面図である。FIG. 3 is a horizontal plan view taken along the line BB of FIG.

【図4】出口バルブ部用検出装置の構成例を示す断面図
である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration example of an outlet valve detection device.

【図5】出口バルブ部用検出装置の構成例を示す断面図
である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration example of an outlet valve detection device.

【図6】出口バルブ部用検出装置の構成例を示す断面図
である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration example of an outlet valve detection device.

【図7】出口バルブ部用検出装置の構成例を示す断面図
である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration example of a detection device for an outlet valve section.

【図8】図1の実施例の回路構成例を示すブロック図で
ある。
FIG. 8 is a block diagram showing a circuit configuration example of the embodiment of FIG.

【図9】(a),(b)は図1の実施例の動作図であ
る。
9 (a) and 9 (b) are operation diagrams of the embodiment of FIG.

【図10】図1の実施例のポンプ性能を表わす特性図で
ある。
FIG. 10 is a characteristic diagram showing pump performance of the embodiment of FIG.

【図11】検出された出力波形の判断方法を示す説明図
である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a method of determining a detected output waveform.

【図12】(a)はダイヤフラム駆動用素子に印加すべ
き電圧パルス波形である。(b)はバルブ部検出用電気
回路開閉機構の出力波形図である。
FIG. 12A is a voltage pulse waveform to be applied to the diaphragm driving element. (B) is an output waveform diagram of an electric circuit opening / closing mechanism for detecting a valve portion.

【図13】不具合の状態と検出場所の出力波形との関係
を示す説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a relationship between a defect state and an output waveform at a detection location.

【図14】従来の2バルブタイプマイクロポンプの断面
図である。
FIG. 14 is a sectional view of a conventional 2-valve type micropump.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・基板 2・・・薄膜板 3・・・表面板 4・・・入口バルブ 5・・・出口バルブ 6・・・ダイヤフラム 7・・・圧電素子 10・・マイクロポンプ 11・・入口ポート 12・・出口ポート 52・・隔壁板 53・・突起 54・・電極板 100 ・・バルブ部検出装置 101 ・・電気回路開閉機構 102 ・・高導電体 300 ・・裏面電極板 400 ・・高電圧高電流用接点材料 1 ... Substrate 2 ... Thin film plate 3 ... Surface plate 4 ... Inlet valve 5 ... Outlet valve 6 ... Diaphragm 7 ... Piezoelectric element 10 ... Micro pump 11 ... Inlet port 12 ... Outlet port 52 ... Partition wall 53 ... Protrusion 54 ... Electrode plate 100 ... Valve detection device 101 ... Electric circuit opening / closing mechanism 102 ... High current contact material

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と、該基板上に接合された薄基板
と、該薄基板に形成されたダイヤフラム部及び少なくと
も2箇所のバルブ部と、前記ダイヤフラム部の駆動手段
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に吐出するように微量の流量制御を
行うマイクロポンプにおいて、前記バルブ部が出口バル
ブを設けた隔壁の挙動を、不純物拡散により導電性を高
めた前記隔壁上の突起と、該突起と対向する表面板の裏
面に接合した電極板により形成された電気回路開閉機構
であることを特徴とするマイクロポンプにおける検出装
置。
1. A substrate, a thin substrate bonded on the substrate, a diaphragm portion and at least two valve portions formed on the thin substrate, and a driving means for the diaphragm portion. In a micropump that controls a small amount of flow so that a fluid is sucked in from an inlet port and discharged to an outlet port of the substrate, the behavior of a partition wall provided with an outlet valve in the valve section is enhanced by conductivity diffusion to improve conductivity. A detection device in a micropump, comprising an electric circuit opening / closing mechanism formed by a projection on the partition wall and an electrode plate joined to a back surface of a surface plate facing the projection.
【請求項2】 前記出口バルブ部の検出手段が前記隔壁
上の突起に到る電極板と、該突起と対向する前記表面板
の裏面に接合した電極板により形成された前記電気回路
開閉機構であることを特徴とする請求項1記載のマイク
ロポンプにおける検出装置。
2. The electric circuit opening / closing mechanism, wherein the detecting means of the outlet valve portion is formed by an electrode plate reaching a protrusion on the partition wall and an electrode plate bonded to a back surface of the front face plate facing the protrusion. The detection device in the micropump according to claim 1, wherein the detection device is a micropump.
【請求項3】 請求項1および請求項2記載の検出手段
において、前記電気回路開閉機構に設ける接点間の空隙
を前記表面板の裏面あるいは、前記突起をエッチングす
ることによって設けることを特徴とする請求項1記載の
マイクロポンプにおける検出装置。
3. The detecting means according to claim 1 or 2, wherein a gap between contacts provided in the electric circuit opening / closing mechanism is provided by etching the back surface of the front plate or the projection. The detection device in the micropump according to claim 1.
【請求項4】 請求項1および請求項2記載の検出手段
において、前記電気回路開閉機構の少なくとも一方の電
極に高融点・高硬度の高電圧高電流用接点材料を設ける
ことを特徴とするマイクロポンプにおける検出装置。
4. The micro device according to claim 1 or 2, wherein a contact material for high voltage and high current having a high melting point and a high hardness is provided on at least one electrode of the electric circuit opening / closing mechanism. Detectors in pumps.
【請求項5】 請求項1および請求項2記載の検出手段
が、波形の立ち上がりから、立ち下がりまでの時間幅
と、あらかじめROMに設定した時間幅テーブルとを比
較、および駆動期間における時間幅の平均と現在の時間
幅との変動率によって、正常か否かを判定する検出回路
を持っていることを特徴とするマイクロポンプにおける
検出装置。
5. The detection means according to claim 1 and claim 2 compares the time width from the rising edge to the falling edge of the waveform with a time width table preset in ROM, and calculates the time width in the driving period. A detection device in a micropump, which has a detection circuit for determining whether or not it is normal based on a variation rate between an average and a current time width.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5524493A (en) * 1991-09-03 1996-06-11 Aichi Tokei Denki Co., Ltd. Electromagnetic flowmeter
US6890304B1 (en) 1995-05-12 2005-05-10 Seiko Epson Corporation Device for diagnosing physiological state and device for controlling the same
US7820331B2 (en) 2004-08-30 2010-10-26 Casio Computer Co., Ltd. Fuel cell and fuel cell system
WO2022210373A1 (en) * 2021-03-30 2022-10-06 株式会社村田製作所 Atomization device and method for sensing state of atomization device

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