KR100457129B1

KR100457129B1 - 압전펌프

Info

Publication number: KR100457129B1
Application number: KR10-2002-0044684A
Authority: KR
Inventors: 함영복; 최성대
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2002-07-29
Filing date: 2002-07-29
Publication date: 2004-11-12
Also published as: KR20030060047A

Abstract

본 발명은 압전플레이트의 진동 또는 요동변위가 증대되어 압전효율이 향상되는 압전펌프를 제공한다. 그 압전펌프는 유체 흡입포트와 토출포트를 구비하며 흡입포트측 수용부와 토출포측 수용부를 갖는 수용홈을 구비하는 커버; 그 커버에 착탈 가능하게 결합되며, 제1장착부 및 제2장착부로 이루어진 장착홈을 구비하는 몸체; 커버에 형성된 수용부에 삽설되고, 다수의 흡입공과, 압전된 유체를 관통시키기 위한 관통구와, 흡입공을 개폐시키기 위한 밸브를 구비하는 토출블록; 토출블록에 접하도록 설치되며, 흡입공과 선택적으로 연통하는 흡입구와, 흡입구와 유로에 의해 연통하는 다수의 배출공과, 배출공을 개폐시키기 위한 밸브를 구비하는 흡입블록; 및 유체에 압전력을 가하기 위해 몸체의 장착홈의 제2장착부에 장착되며, 제2장착부에 상응하게 형성되어 안착되는 몰드와, 몰드에 진동 가능하게 삽설되는 압전부재로 이루어진 압전플레이트로 구성된다.

Description

압전펌프{A piezoelectric pump}

본 발명은 압전펌프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 변위가 확대되어 압전량 및 압전효율이 증대되며, 콤팩트하게 구성되는 압전펌프에 관한 것이다.

일반적으로, 제한적이진 않지만 다양한 의료장비 또는 가전제품에는 액체를 흡입하여 그 액체에 동력을 가하여 무화시키거나 진동시켜 소정의 형태로 배출시키기 위해 압전펌프 또는 압전 마이크로 펌프가 설치되어 있다.

이 같은 압전펌프는 피반송체의 구동원인 압전체를 케이싱 내에 장전해서 해당 케이싱내에 피반송체의 흡입 및 토출용 역지밸브를 갖는 펌프플레이트 유닛을 구비하는 구성을 갖는다. 이 같은 압전펌프는 또한, 외주기의 내측에 압전체로 이루어지는 압전 진동자의 외주부를 지지하고 이 압전진동자의 전극에 접속된 리드선을 외주기에서 인출하는 펌프가속기를 구비하고 있다.

그러나, 종래의 이 같은 압전펌프는 그 구성이 복잡하고 제조가 곤란한 문제점이 있다.

또한, 압전플레이트의 변위가 제한적이므로 압전량 및 압전효율이 저하되는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 발명된 것으로, 본 발명의 목적은, 구조가 간단하고 콤팩트한 압전펌프를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 압전플레이트의 변위가 확대되어 압전량이 증대되어 압전효율이 향상되는 압전펌프를 제공하는데 있다.

도 1a 내지 1c는 본 발명에 따른 압전펌프를 보여주는 평면도, 단면도 및 저면도.

도 2a 내지 도 2c는 도 1의 압전펌프의 커버의 외측면도, 단면도 및 내측면도.

도 3a 및 3b는 도 1의 압전펌프의 본체의 외측면도 및 단면도.

도 4a 및 4b는 도 1의 압전펌프의 토출블록의 평면도 및 단면도.

도 5a 및 5b는 도 1의 압전펌프의 흡입블록의 평면도 및 단면도.

도 6a 내지 5c는 도 1의 압전펌프의 압전플레이트의 평면도, 측면도 및 단면도.

도 7a 및 7b는 도 1의 압전펌프의 압전밸브의 평면도 및 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 커버 20 : 몸체

30 : 토출블록 40 : 흡입블록

50 : 압전플레이트

이 같은 목적들은 유체가 유입되는 흡입포트 와 흡입포트로부터 유입되어 압전처리된 유체가 배출되는 토출포트를 일체로 구비하며, 흡입포트와 연통하는 흡입측 수용부 및 토출포트와 연통하는 토출측 수용부로 이루어진 수용홈을 구비하는 커버; 그 커버에 착탈 가능하게 결합되며, 제1장착부와 그 제1장착부에 연이어 형성되는 제2장착부로 이루어진 장착홈을 구비하는 몸체; 커버에 형성된 수용부에 삽설되고, 흡입포트와 연통하며 유체를 흡입 및 관통시키고 일측주변에 수용홈이 형성되는 다수의 흡입공과, 토출포트와 연통하며 압전된 유체를 관통시키기 위한 관통구와, 수용홈에 유체의 유입방향으로만 개방되도록 설치되는 밸브를 구비하는 토출블록; 몸체에 형성된 장착홈의 제2장착부에 토출블록과 연통적으로 접하도록 설치되며, 밸브에 의해 흡입공과 선택적으로 연통하는 흡입구와, 흡입구와 유로에 의해 연통하며 타측주변에 수용홈이 형성되는 다수의 배출공과, 수용홈에 유체의 배출방향으로만 개방되도록 설치되는 밸브를 구비하는 흡입블록; 및 흡입포트로 유입되어 배출포트로 유동하는 유체에 압전력을 가하기 위해 상기 몸체의 장착홈의 제2장착부에 장착되며, 상기 제2장착부에 상응하게 형성되어 안착되는 몰드와, 상기 몰드에 진동가능하게 삽설되는 압전부재로 이루어진 압전플레이트를 포함하는 압전펌프에 의해 달성될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 1a 내지 1c에 따르면, 본 발명에 따른 압전펌프는 기본적으로 유체를 흡입 및 배출시키기 위한 커버(10)를 구비한다. 도 2a 내지 2c에 상세히 도시된 바와 같이, 커버(10)에는 유체를 흡입하기 위한 흡입포트(12)가 일체로 돌출 형성된다. 물론, 그 흡입포트(12)에는 도시되지 않은 호스와 같은 연결수단이 연결되어 자동으로 유체를 흡입할 수 있다. 또한, 커버(10)에는 후술되는 바와 같이 흡입포트로 유입되어 압전 처리된 유체 또는 무화를 배출시키기 위한 토출포트(14)가 흡입포트(12)에 대응하게 돌출형성된다. 물론, 토출포트(14)에도 도시되지 않은 호스와 같은 연결수단이 연결되어 소정위 위치 또는 장소에서 압전처리된 유체 또는 무화를 이용할 수 있다. 또한, 커버의 내부에는 후술되는 본체와 함께 소정의 공간을 형성하여 유체를 유입함은 물론 후술되는 구성부품들을 내장하기 위한 수용홈(16)을 구비한다. 수용홈(16)은 흡입구(12)와 연통하는 흡입측 수용부(16a)와 토출포트(14)와 연통하는 토출측 수용부(16b)를 포함한다. 한편, 커버(10)의 둘레에는 후술되는 본체와의 결합을 위해 복수의 고정공(P)이 형성된다.

커버(10)에는 몸체(20)가 착탈 가능하게 결합된다. 도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이, 몸체(20)는 원형으로 형성되며, 전술된 커버(10)와 함께 소정의 수용공간을 형성하기 위한 장착홈(26)을 구비한다. 이 장착홈(26)은 후술되는 바와 같이 불록이 장착되는 제1장착부(26a)와 압전플레이트가 내장되는 제2장착부(26b)를 포함한다. 물론, 몸체(20)에는 전술된 커버(10)와의 결합 또는 고정을 위해 커버(10)에 형성된 고정공(P)과 연통하는 복수의 고정공(P')이 형성되며, 그 각각의 고정공(16)에는 볼트(B)가 삽입 고정된다.

커버(10)와 본체(20)사이에 형성된 설치공간에는 토출블록(30)이 구비된다.보다 상세하게는, 도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 토출블록(30)은 커버(10)에 형성된 수용부(16)에 삽입된다. 토출블록(30)에는 흡입포트(12)와 연통하며 유체를 흡입 및 관통시키기 위한 다수의 흡입공(32)이 형성된다. 또한, 토출블록(30)에는 토출포트(14)와 연통하며 그 토출포트(14)로 유체 또는 무화를 관통시키기 위한 관통구(34)가 형성된다. 특히, 전체의 흡입공(32)의 둘레에는 수용홈(36)이 형성되며, 그 수용홈(36)에는 니플형 또는 압전형 밸브(38)가 설치된다. 밸브(38)는 도 7a 및 7b에 도시된 바와 같이, 수용홈(36)에 상응하게 형성되며 그 수용홈에 접착 또는 고정되는 고정부(38a)와, 그 고정부(38a)에 일체로 형성되며 흡입공(32)을 개폐할 수 있도록 플립형태로 유동하거나 요동 가능한 개폐부(38b)를 일체로 구비한다. 물론, 고정부(38a)와 개폐부(38b)는 굽힘 또는 탄성가능한 연결부(38c)에 의해 요동 가능하게 연결되는 것이 바람직하다. 이 밸브(38)에 의해 흡입공(32)을 통해서는 유체가 유입될 때만 개방되고 그 이외의 경우에는 흡입공(32)이 폐쇄되어 유체의 역류가 방지되는 것이다. 물론, 토출블록(30)의 주변 둘레에는 전술된 커버(10) 및 몸체(20)에 고정될 수 있도록 각각의 고정공(P, P')에 연통하는 고정공(P")이 형성된다.

커버(10)와 본체(20)사이에 형성된 설치공간에는 흡입블록(40)이 구비된다. 보다 상세하게는, 도 5a 및 5b에 도시된 바와 같이, 흡입블록(40)은 본체(20)에 형성된 장착홈(26)의 제1장착부(26b)에 삽입된다. 또한, 흡입블록(40)은 유체가 유동할 수 있도록 토출블록(30)과 접촉함은 물론 연통적으로 결합되는 것이 바람직하다. 흡입블록(40)에는 밸브(38)에 의해 흡입공(32)과 선택적으로 연통하는흡입구(42)가 형성된다. 또한 흡입블록(40)에는 유로(43)에 의해 흡입구(42)와 연통하는 다수의 배출공(44)이 형성된다. 특히, 전체의 배출공(44)의 둘레에는 수용홈(46)이 형성되며, 그 수용홈(46)에는 전술된 바와 같은 니플형 또는 압전형 밸브(48)가 설치된다. 밸브(48)는 도 4에 도시된 바와 같이, 수용홈(46)에 상응하게 형성되며 그 수용홈에 접착 또는 고정되는 고정부(48a)와, 그 고정부(48a)에 일체로 형성되며 배출공(44)을 개폐할 수 있도록 플립형태로 유동하거나 요동 가능한 개폐부(48b)를 일체로 구비한다. 물론, 고정부(48a)와 개폐부(48b)는 굽힘 또는 탄성가능한 연결부(48c)에 의해 요동 가능하게 연결되는 것이 바람직하다. 이 밸브(48)에 의해 배출공(44)을 통해 유체가 배출될 때만 개방되고 그 이외의 경우에는 배출공(44)이 폐쇄되어 압전처리되거나 무화된 유체의 역류가 방지되는 것이다. 물론, 흡입블록(40)의 주변 둘레에는 전술된 커버(10), 몸체(20) 및 토출블록(30)과 함께 결합될 수 있도록 각각의 고정공(P, P', P")에 연통하는 고정공(P"')이 형성된다.

또한, 커버(10)와 본체(20)사이에 형성된 설치공간에는 내부로 유입되거나 흡입된 유체에 실제로 압전력을 가하기 위한 압전플레이트(50)가 설치된다. 보다 상세하게는, 도 6a 내지 6c에 도시된 바와 같이, 압전플레이트(50)는 몸체(20)의 장착홈(26)의 제2장착부(26b)에 장착된다. 압전플레이트(50)는 장착부(26b)에 상응하게 형성되어 안착되는 케이싱 또는 몰드(52)를 포함한다. 그 몰드(52)는 실리콘으로 형성되며 대체로 둘레를 따라 형성되는 외측고정부(52a)와, 대체로 중앙부위에 형성되는 내측고정부(52b)를 구비한다. 한편, 각각의 고정부에는 후술되는 압전부재의 외측변 및 내측변이 고정되는 고정홈(52a';52b')이 형성되는 것이 바람직하다.

몰드(52)에는 실제로 전류 또는 전압의 인가시 요동 또는 변형에 위한 압전력을 발생시키기 위해 몰드(52)의 외측고정부(52a)의 고정홈(52a')과 내측고정부(52b)의 고정홈(52b') 사이에 정되어 전압 또는 전류의 인가 여부에 따라 요동 또는 진동되어 유입된 유체에 압전력을 가하기 위한 압전부재(56)가 삽설된다. 물론, 압전부재(56)는 2개의 도전성 플레이트로 형성되며 각각의 플레이트에는 리드선(lead wire)이 연결되어 소정의 전류 또는 전압이 인가될 수 있는 것이다. 특히, 압전부재(56)는 압전작용시 요동 또는 진동의 변위가 증대될 수 있도록 다수의 절개부(56a)가 형성되며, 각각의 절개부(56a)에 의해 다수의 진동편(56b)이 형성되는 구조로 구성된다. 이에 따라, 압전작용시 각각의 진동편(56b)이 각각의 절개부(56a)에 의해 진동 또는 요동변위 또는 요동변위가 증대되어 결국 압전효율이 증대될 수 있는 것이다.

이하, 본 발명에 따른 압전펌프의 작동 및 그 작용모드에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 작업자 또는 사용자는 유체에 압전력을 가하여 그 유체를 소정의 상태로 변환시켜 이용하기 위한 장치의 소정의 위치에 본 발명에 다른 압전펌프를 장착하고, 커버(20)의 유입포트(12)를 유체공급원에 연결시키고 토출포트(14)를 기계 또는 장치의 출력부에 연결시킨 후, 기계 또는 장치를 작동시키면 유입포트(12)를 통해 유체가 유입됨과 동시에 압전플레이트(50)의 압전부재(56)에 전압이 공급된다.

보다 상세히 설명하면, 유입포트(12)를 통해 유입되는 유체는 토출블록(30)의 다수의 흡입공(32)을 통해 유입됨과 동시에 밸브(38)가 하방으로 굽혀짐에 따라 흡입공(32)이 개방되어 유체가 흡입블록(40)의 흡입구(42)까지 유입되어 압전플레이트(50)와 접하게 된다.

이때, 압전플레이트(50)에는 전압이 인가되어 압전부재(56)의 각각의 진동편(56b)이 진동하므로써 압전력이 발생되며 이 압전력이 유동중인 유체에 전달되어 예정된 형태의 유체 또는 무화형태로 변환된다. 여기서, 각각의 진동편(56b) 그것의 양측에 형성된 절개부(56a)에 의해 그 진동폭 또는 진동의 변위가 크게되어 유체에 전달되는 압전력이 증대될 뿐 아니라 소정의 압전결과를 신속하게 달성할 수 있는 것이다.

이와 같이, 변환된 유체 또는 무화는 유입블록(40)의 유로(43)를 통해 배출공(44)으로 유동하여, 그 배출공(44)을 통해 이송된다. 물론, 이때밸브(48)의 개폐부(48b)는 유체 또는 무화의 압력에 의해 굴곡됨과 동시에 배출공(44)이 개방되어 그 배출공을 통과하게 된다. 이후, 배출공(44)을 통과한 유체 또는 무화는 토출블록(30)의 관통구(34)를 지나 토출포트(14)를 통해 외부 또는 필요부분으로 공급되는 것이다.

이에 따라, 본 발명에 따른 압전펌프를 다양한 기계 또는 장치에 이용하면 압전플레이트의 진동변위 또는 요동변위가 증대되어 신속하게 유체를 소정의 형태로 전환시킬 수 있음은 물론 그 양을 증대시킬 수 있는 것이다.

결과적으로, 본 발명에 따른 압전펌프에 의하면, 압전플레이트의 진동 또는 요동변위가 증대되어 압전효율이 향상되므로 제품성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 구조가 간단하고 콤팩트하여 다양한 산업분야의 기계 또는 장치에 효과적으로 이용할 수 있어 적용성이 향상되는 장점이 있다.

Claims

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유체가 유입되는 흡입포트와 흡입포트로부터 유입되어 압전처리된 유체가 배출되는 토출포트를 일체로 구비하며, 상기 흡입포트와 연통하는 흡입측 수용부와 상기 토출포트와 연통하는 토출측 수용부로 이루어진 수용홈을 구비하는 커버와,

상기 커버에 착탈 가능하게 결합되며, 제1장착부와 그 제1장착부에 연이어 형성되는 제2장착부로 이루어진 장착홈을 구비하는 몸체와,

상기 커버에 형성된 수용부에 삽설되고, 상기 흡입포트와 연통하며 유체를 흡입 및 관통시키고 일측주변에 수용홈이 형성되는 다수의 흡입공과 상기 토출포트와 연통하며 압전된 유체를 관통시키기 위한 관통구와 상기 수용홈에 유체의 유입방향으로만 개방되도록 설치되는 밸브를 구비하는 토출블록과,

상기 본체에 형성된 장착홈의 제2장착부에 상기 토출블록과 연통적으로 접하도록 설치되며, 상기 밸브에 의해 흡입공과 선택적으로 연통하는 흡입구와 상기 흡입구와 유로에 의해 연통하며 타측주변에 수용홈이 형성되는 다수의 배출공과 상기 수용홈에 유체의 배출방향으로만 개방되도록 설치되는 밸브를 구비하는 흡입블록과

상기 흡입포트로 유입되어 배출포트로 유동하는 유체에 압전력을 가하기 위해 상기 몸체의 장착홈의 제2장착부에 장착되며, 상기 제2장착부에 상응하게 형성되어 안착되는 몰드와 상기 몰드에 진동가능하게 삽설되는 압전부재로 이루어진 압전플레이트를 포함하는 압전펌프에 있어서,

상기 압전플레이트의 몰드는 상기 압전부재의 외측변이 삽입 고정되는 외측고정부와, 상기 압전부재의 내측변이 삽입고정되는 내측 고정부를 일체로 구비하는 것을 특징으로 하는 압전펌프.
제 4항에 있어서, 상기 압전플레이트의 압전부재는 압전작용시 진동의 변위가 증대될 수 있도록 다수의 절개부와, 상기 각각의 절개부 사이에서 진동 가능하게 구비되는 다수의 진동편으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압전펌프.