KR20020082800A - 펌프 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20020082800A
KR20020082800A KR1020020022511A KR20020022511A KR20020082800A KR 20020082800 A KR20020082800 A KR 20020082800A KR 1020020022511 A KR1020020022511 A KR 1020020022511A KR 20020022511 A KR20020022511 A KR 20020022511A KR 20020082800 A KR20020082800 A KR 20020082800A
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Abstract

제조가 용이하고, 효율 및 신뢰성이 높으며 콤팩트한 펌프 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
펌프실(1)과, 펌프실(1)에 연통하는 흡입측 및 토출측의 유로(2, 3)를 보유하고, 펌프실(1)과 유로(2, 3) 간에 역지밸브유닛(8)을 설치한 펌프이다. 역지밸브유닛(8)은, 박막으로 형성된 역지밸브막(5)과, 역지밸브막(5)에 의해 압력차로 개폐되는 관로(6)를 보유하는 역지밸브상자체(7)로 유닛화하였다.

Description

펌프 및 그 제조방법{A PUMP AND A METHOD OF MANUFACTURNG THE SAME}
본 발명은, 혈압계 등에 이용되는 소형의 펌프에 관한 것으로, 특히 압전 액추에이터의 작용을 이용한 압전 펌프의 구조에 관한 것이다.
종래의 이러한 종류의 펌프는, 일본 특개소59-200081호 공보나 미국특허 제6,033,191호 등의 공보에 개시되어 있다.
도 46은, 미국특허제6,033,191호에 개시되어 있는 펌프를 나타내고 있고, 상부 바구니체(50)와 하부 바구니체(51)의 사이에 밸브시트(52)가 끼워장착되어 적층되어 있고, 하부 바구니체(51)의 상면에 흡입측 및 토출측의 유로(53)가 형성되어 있다. 상부 바구니체(50)에는 압전 액추에이터로 진동하는 다이어프램(54)을 장착하고 있고, 다이어프램(54)과 상부 바구니체(50)의 상면의 사이에 펌프실이 형성되어 있다. 펌프실내와 흡입측 및 토출측의 유로(53)는 각각 상부 바구니체(50)의 통과구멍(55)을 통해서 연통되어 있지만, 통과구멍(55)과 유로(53)가 연통하는 부분에 밸브시트(52)로 흡입측 및 토출측의 역지밸브를 형성하고 있다. 다이어프램(54)을 진동시키면, 흡입측의 유로(53)로부터 공기가 펌프실에 흡입되고, 펌프실로부터 토출측의 유로(53)에 공기가 토출되도록 되어 있다.
그러나, 상기 종래예에 있어서는, 기밀성 확보를 위해서, 상부 및 하부 바구니체(50, 51)의 맞춤면 전체의 평면도, 평행도를 충분히 확보할 필요성이나, 상부 바구니체(50), 하부 바구니체(51) 및 밸브시트(52)의 3층의 동시 위치결정이 곤란하다라는 문제가 있다. 또한, 밸브시트(52)를 상부 바구니체(50)와 하부 바구니체 (51)에서 끼워넣어져서 역지밸브를 형성할 때에, 위치결정 정밀도가 저하하면 펌프본체의 가공수율이 저하한다. 또한, 기밀성 확보를 위하여 유로(53)를 따라서 상부 및 하부 바구니체(50, 51)의 맞춤면을 도 47에 나타내는 바와 같이 레이저 용착하는(부호 56은 용착부이다) 것이 행해지고 있지만, 유로부(53)에 있어서의 밸브시트 (52)와 상부 바구니체(50) 간의 에어누출은 불가피하고, 압축효율이 악화된다라는 문제가 있다. 또한, 유로(53)의 형성자체도 용이하지 않다.
또한, 일본 특개소59-200081호 공보에 개시된 펌프에 있어서는, 체크밸브를 사용하고 있기 때문에, 상부 바구니체에 체크밸브를 설치하기 위한 소정의 두께가 필요로 되고, 상부 바구니체의 아주 얇은 설계가 가능하지 않다라는 문제가 있다.
본 발명은, 종래기술이 가지고 있는 이와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것이고, 제조가 용이하며, 효율 및 신뢰성이 높으며 콤팩트한 펌프 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
도 1은, 본 발명의 실시형태1에 관한 다이어프램 펌프의 사시도이다.
도 2는, 도 1의 펌프의 분해사시도이다.
도 3은, 도 1의 펌프에 설치된 역지밸브유닛의 분해사시도이다.
도 4A는, 도 3의 역지밸브유닛의 흡입시의 동작을 설명하는 단면도이다.
도 4B는, 도 3의 역지밸브유닛의 토출시의 동작을 설명하는 단면도이다.
도 5A는, 본 발명의 실시형태2에 관한 다이어프램 펌프에 설치된 역지밸브유닛의 사시도이다.
도 5B는, 도 5A의 역지밸브유닛이 설치된 다이어프램 펌프의 단면도이다.
도 6A는, 본 발명의 실시형태3에 관한 다이어프램 펌프에 설치된 역지밸브유닛의 사시도이다.
도 6B는, 도 6A의 역지밸브유닛이 설치된 다이어프램 펌프의 단면도이다.
도 7A는, 본 발명의 실시형태4에 관한 다이어프램 펌프의 분해사시도이다.
도 7B는, 도 7A의 다이어프램 펌프의 단면도이다.
도 8은, 도 7A의 다이어프램 펌프의 변형예를 나타내고 있고, 조립으로 상태의 안쪽에서부터 바라본 사시도이다.
도 9는, 역지밸브유닛에 설치된 역지밸브막의 사시도이다.
도 10A는, 도 9의 역지밸브막이 열린 상태의 사시도이다.
도 10B는, 도 9의 역지밸브막이 열린 상태의 단면도이다.
도 11A는, 도 9의 역지밸브막이 닫힌 상태의 사시도이다.
도 11B는, 도 9의 역지밸브막이 닫힌 상태의 단면도이다.
도 12는, 별도의 역지밸브막의 사시도이다.
도 13A는, 도 12의 역지밸브막이 열린 상태의 사시도이다.
도 13B는, 도 12의 역지밸브막이 열린 상태의 단면도이다.
도 14A는, 도 12의 역지밸브막이 닫힌 상태의 사시도이다.
도 14B는, 도 12의 역지밸브막이 닫힌 상태의 단면도이다.
도 15A는, 또 다른 역지밸브막의 사시도이다.
도 15B는, 도 15A의 역지밸브막이 열린 상태의 사시도이다.
도 16A는, 또 다른 역지밸브막의 사시도이다.
도 16B는, 도 16A의 역지밸브막이 열린 상태의 사시도이다.
도 17A는, 또 다른 역지밸브막의 사시도이다.
도 17B는, 도 17A의 역지밸브막이 열린 상태의 사시도이다.
도 18은, 또 다른 역지밸브막의 사시도이다.
도 19A는, 도 18의 역지밸브막이 열린 상태의 사시도이다.
도 19B는, 도 18의 역지밸브막이 열린 상태의 단면도이다.
도 20A는, 도 18의 역지밸브막이 닫힌 상태의 사시도이다.
도 20B는, 도 18의 역지밸브막이 닫힌 상태의 단면도이다.
도 21은, 또 다른 역지밸브막의 사시도이다.
도 22A는, 도 21의 역지밸브막이 열린 상태의 사시도이다.
도 22B는, 도 21의 역지밸브막이 열린 상태의 단면도이다.
도 23A는, 도 21의 역지밸브막이 닫힌 상태의 사시도이다.
도 23B는, 도 21의 역지밸브막이 닫힌 상태의 단면도이다.
도 24는, 또 다른 역지밸브막의 사시도이다.
도 25A는, 도 24의 역지밸브막이 열린 상태의 사시도이다.
도 25B는, 도 24의 역지밸브막이 열린 상태의 단면도이다.
도 26A는, 도 24의 역지밸브막이 닫힌 상태의 사시도이다.
도 26B는, 도 24의 역지밸브막이 닫힌 상태의 단면도이다.
도 27A는, 또 다른 역지밸브막의 사시도이다.
도 27B는, 도 27A의 역지밸브막이 닫힌 상태의 사시도이다.
도 28A는, 도 27A의 관로형상과는 다른 관로형상의 사시도이다.
도 28B는, 도 28A의 역지밸브막이 열린 상태의 사시도이다.
도 29A는, 또 다른 역지밸브막의 사시도이다.
도 29B는, 도 29A의 역지밸브막이 열린 상태의 사시도이다.
도 30은, 역지밸브유닛의 분해사시도이다.
도 31은, 도 30의 역지밸브유닛의 사시도이다.
도 32는, 도 30의 역지밸브유닛의 단면도이다.
도 33은, 별도의 역지밸브유닛의 분해사시도이다.
도 34는, 도 33의 역지밸브유닛의 사시도이다.
도 35는, 도 33의 역지밸브유닛의 단면도이다.
도 36은, 또 다른 역지밸브의 분해사시도이다.
도 37은, 도 36의 역지밸브유닛의 사시도이다.
도 38은, 도 36의 역지밸브유닛의 단면도이다.
도 39는, 역지밸브유닛의 조립후, 역지밸브막에 통기구를 형성하고 있는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 40은, 역지밸브막을 용착하기 전의 역지밸브유닛의 사시도이다.
도 41은, 역지밸브막을 용착할 때의 역지밸브유닛의 사시도이다.
도 42는, 레이저장치를 사용하여 역지밸브막을 용착하고 있을 때의 상태를 나타내는 사시도이다.
도 43A는, 본 발명에 관한 다이어프램 펌프의 일예를 나타내는 사시도이다.
도 43B는, 도 43A의 다이어프램 펌프의 분해사시도이다.
도 43C는, 도 43A의 다이어프램 펌프에 설치된 역지밸브유닛의 분해사시도이다.
도 44A는, 도 43C의 역지밸브유닛의 일예를 나타내는 사시도이다.
도 44B는, 도 44A의 역지밸브유닛의 부분사시도이다.
도 44C는, 도 43C의 역지밸브유닛에 설치되는 역지밸브막이 열려진 상태의 사시도이다.
도 45A는, YAG 레이저를 이용하여 역지밸브막을 역지밸브유닛에 용착하고 있는 상태의 사시도이다.
도 45B는, 엑시머레이저를 이용하여 역지밸브막에 통기구를 형성하고 있는 상태의 사시도이다.
도 46은, 종래의 다이어프램 펌프의 분해사시도이다.
도 47은, 도 46의 종래의 다이어프램 펌프의 분분단면도이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 압전 액추에이터의 작용에 의해 펌프실의 용적을 변화시킴으로써 펌프실내에 유체를 흡입하거나 흡입실로부터 유체를 토출하는 압전 펌프로서, 펌프실에 연통하는 흡입측 및 토출측의 유로를 보유하는 케이싱과, 박막으로 형성된 역지밸브막과 역지밸브막에 의해 압력차로 개폐되는 관로를 보유하는 역지밸브상자체로 구성된 역지밸브유닛을 보유하고, 상기 이 역지밸브유닛을 펌프실과 유로 간에 설치한 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의해, 콤팩트한 펌프를 용이하게 제조할 수 있을뿐만 아니라, 펌프효율도 향상한다. 또한, 역지밸브기능을 확인한 후에 역지밸브유닛을 케이싱에 설치하는 것이 가능하게 되고, 펌프의 신뢰성이 향상함과 아울러 펌프본체의 수율이 향상한다. 또한, 장기사용 등에 의해 역지밸브가 손상되어도, 손상된 역지밸브유닛만을 교환하면 된다.
또한, 압전 액추에이터와 금속박판을 서로 접합한 다이어프램을 케이싱에 장착하여, 이들 간에 펌프실을 형성하면, 종래에 비해서, 펌프실로부터 역지밸브막까지의 유체부의 체적을 작게 할 수 있고, 토출시의 펌프실의 내부압력이 높게 된다. 따라서, 고압유체를 토출할 수 있고, 펌프효율이 향상한다.
또한, 유체의 흡입측의 역지밸브유닛과 유체의 토출측의 역지밸브유닛을 동일형상으로 하고, 흡입측과 토출측에서 역지밸브유닛을 상하 역으로 하여 케이싱에 설치하면, 유체의 흡입측과 토출측에 설치하는 역지밸브유닛을 공통화할 수 있고, 가공비용의 저감이 가능하다.
또한, 역지밸브유닛을 다이어프램 설치면의 반대측으로부터 케이싱에 설치하도록 하면, 다이어프램을 설치함이 없이 역지밸브유닛의 교환이 가능하게 된다.
다이어프램은 외력에 의한 손상이 생기기 쉽지만, 다이어프램이 설치되는 케이싱부와, 역지밸브유닛이 설치되는 케이싱부를 별도의 부품으로 구성하면, 다이어프램 설치부와 역지밸브유닛 설치부를 분리할 수 있기 때문에, 다이어프램의 교환이나 역지밸브유닛의 교환을 용이하게 행할 수 있다. 다이어프램을 변경하여도, 동일한 역지밸브유닛의 조합이 이용가능하기 때문에, 다이어프램 변경에 의한 펌프특성의 평가가 용이하게 행해진다.
또한, 케이싱과 역지밸브유닛의 사이, 및, 별도의 부품의 2개의 케이싱부의 사이 중 적어도 일방을 끼워맞춤구조로 하고, 이 끼워맞춤부분을 억지끼워맞춤으로 하여 압입에 의해 설치하면, 역지밸브유닛(또는 다이어프램)의 교환시에는 케이싱과 역지밸브유닛(또는 2개의 케이싱부)를 용이하게 분리할 수 있다. 또한, 억지끼워맞춤에 의해 역지밸브유닛(또는 케이싱부)를 용이하게 케이싱(또는 별도의 케이싱부)에 고정할 수 있고, 압입에 의한 기밀성의 확보가 가능하며, 펌프의 신뢰성이 향상한다.
또한, 억지끼워맞춤을 대신하여, 중간끼워맞춤 또는 간극끼워맞춤으로 하여 접착 또는 용착에 의해 설치되어도, 마찬가지의 효과를 거둘 수 있다.
또한, 끼워맞춤부분에 나사산을 형성하여, 케이싱과 역지밸브유닛, 또는, 2개의 케이싱부를 나사부착하면, 고정 및 분리를 용이하게 행할 수 있다.
역지밸브상자체의 관로를 막도록 역지밸브막을 배치하고, 역지밸브막을 역지밸브상자체에 접합하면, 최저한 필요한 사이즈의 역지밸브막만을 사용할 수 있고,박막재료의 수율이 좋다.
또한, 통기구를 형성한 역지밸브막을 역지밸브상자체의 관로를 막도록 배치하고, 관로를 포함하는 통기구의 주위를 접합하면, 박막사이즈를 자유롭게 설정할 수 있고, 조립시의 핸드링이 용이하며, 용착도 용이하게 행할 수 있다.
또한, 관로에 걸쳐서 관로의 양측에 위치하도록 통기구를 형성하면, 간단한 구성으로 확실히 동작하는 역지밸브를 형성할 수 있음과 아울러 역지밸브막의 높은 위치결정 정밀도도 필요로 하지 않는다.
또한, 관로로부터 떨어진 위치에서 관로의 외주의 접선과 평행한 1조의 통기구를 형성하면, 누출이 발생하기 어렵고, 관로로부터 떨어진 위치에서 관로의 외주의 접선과 평행한 통기구를 둘레방향으로 복수개 형성하면, 역지밸브막에 주름이 생기기 어렵다.
또한, 역지밸브막에 형성하는 통기구의 형상을 연속한 곡선형상으로 하면, 장력에 의한 역지밸브막의 파손이 억제된다.
또한, 관로를 막도록 역지밸브막을 배치하고, 관로를 사이에 둔 2변을 접합하면, 간단한 구성으로 역지밸브를 형성할 수 있음과 아울러 역지밸브막의 높은 위치결정 정밀도를 필요로 하지 않는다.
또한, 개구할 수 있는 1변을 보유하는 역지밸브막을 관로를 막도록 배치하고, 상기 1변을 제외하고 관로의 주위를 접합하면, 간단한 구조로 역지밸브 기능을 가지게 할 수 있음과 아울러 누출이 발생되기 어렵다.
또한, 관로를 막도록 역지밸브막을 배치하고, 관로의 주변을 따라서 역지밸브막을 점적으로 접합하여, 접합부 간을 통기구로 하면, 접합부가 관로를 중심으로 하는 원주의 위하여 역지밸브막에 주름이 발생하기 어렵다.
또한, 다각형의 역지밸브막을 관로를 막도록 배치하고, 다각형의 각 정점부를 접합하면, 역지밸브막의 접합부가 관로를 중심으로 하는 원주 상이기 때문에 역지밸브막에 주름이 발생되기 어려울뿐만 아니라, 개구하는 변이 직선형상을 이루므로 역지밸브막의 감겨올라감이 발생하지 않는다.
또한, 역지밸브막에 그 일부를 절결하여 플랩부를 형성하고, 플랩부의 주위를 따라서 역지밸브막을 역지밸브상자체에 접합하면, 구성이 간소하고 높은 위치결정 정밀도를 필요로 하지 않는 역지밸브유닛을 제공할 수 있다. 또한, 박막의 굽힘탄성에 의해 유로를 개폐할 수 있고, 박막의 장력에 의한 압력손실을 저감할 수 있다.
또한, 관로를 소정의 간격으로 이간한 복수의 개구부에 의해 구성하고, 복수의 개구부의 중앙에 플랩부를 지지하는 지지부를 형성하면, 박막의 말려들임에 의한 유체의 누출을 방지할 수 있고, 차압을 더욱 크게 할 수 있다.
또한, 역지밸브막을 띠형상으로 형성하고, 역지밸브막의 편측만 그 길이방향과 직교하는 방향으로 역지밸브상자체에 접합하면, 구성이 간소하고 높은 위치결정 정밀도를 필요로 하지 않는 역지밸브유닛을 제공할 수 있다. 또한, 박막의 굽힘탄성에 의해 유로를 개폐할 수 있고, 박막의 장력에 의한 압력손실을 저감할 수 있다.
또한, 역지밸브상자체를 제 1 및 제 2의 스페이서로 형성함과 아울러, 제 1및 제 2의 스페이서를 끼워맞춤구조로 하고, 제 1 및 제 2의 스페이서 간에 역지밸브막을 끼워넣어서 접합하면, 예컨대 억지끼워맞춤에 의해 역지밸브막을 용이하게 고정할 수 있다.
또한, 제 1 및 제 2스페이서를 접착하면, 에어누출을 없앨수 있다.
또한, 역지밸브막과 역지밸브상자체를 일체적으로 용착하면, 용착에 의해 역지밸브막의 접합을 확실히 행할 수 있다.
또한, 역지밸브상자체를 제 1 및 제 2의 스페이서로 형성함과 아울러, 제 1 및 제 2의 스페이서 간에 역지밸브막을 끼워넣고, 제 1 및 제 2의 스페이서와 역지밸브막을 일체적으로 용착하면, 3층 용착이기 때문에 역지밸브막에 용착 손상이 생기기 어렵다.
또한, 본 발명의 펌프의 제조방법은, 박막으로 형성된 역지밸브막에 통기구를 형성하고, 역지밸브막에 의해 압력차로 개폐되는 관로를 역지밸브상자체에 형성하고, 역지밸브막을 역지밸브상자체의 관로를 막도록 배치하고, 관로를 포함하는 통기구의 주위의 역지밸브막을 역지밸브상자체에 접합하여 역지밸브막과 역지밸브상자체에 의해 역지밸브유닛을 구성하고, 이 역지밸브유닛을 케이싱에 설치한 것을 특징으로 한다.
이 방법은, 박막으로의 통기구의 형성이 용이하고, 용착시에도 높은 위치결정 정밀도를 필요로 하지 않는다.
또한, 역지밸브유닛을 형성한 후, 역지밸브막에 통기구를 형성하여도 좋고, 이 경우, 역지밸브막의 접합시의 위치결정이 일절 불필요하게 되고, 적소에 통기구를 후형성할 수 있다.
또한, 박막으로의 통기구의 형성을 엑시머레이저에 의해 행하면, 가공열에 의한 주름의 발생이 없고, 박막을 미세가공할 수 있음과 아울러, 역지밸브상자체에 후가공에 의한 손상(레이저 흔적)이 남기 어렵다.
또한, 본 발명의 펌프의 제조방법은, 박막으로 형성된 역지밸브막에 의해 압력차로 개폐되는 관로를 역지밸브상자체에 형성하고, 역지밸브막을 역지밸브상자체의 관로를 막도록 배치하고, 유리로 역지밸브막과 역지밸브상자체를 압접하면서 레이저를 조사하여 용착해서 역지밸브막과 역지밸브상자체에 의해 역지밸브유닛을 구성하고, 역지밸브유닛을 케이싱에 설치한 것을 특징으로 한다.
이 방법에 의하면, 역지밸브막과 역지밸브상자체를 밀착지지하여 역지밸브상자체와 역지밸브막을 일체적으로 용착할 수 있고, 기밀성이 향상한다.
레이저로 용착할 때에, 개구부를 보유하는 차폐수단을 이용하여 역지밸브막과 역지밸브상자체의 소정의 부위를 동시 용착하면, 용착열의 영향이 완화된다.
이하, 본 발명의 실시형태에 관해서, 도면을 참조하면서 설명한다.
실시형태1
도 1 내지 도 4는, 다이어프램형의 펌프를 나타내고 있고, 원반형상의 다이어프램(12)과 원반형상의 케이싱(9)과 역지밸브유닛(8)으로 구성되어 있다. 다이어프램(12)은 케이싱(9)의 상면에 얹어져 설치되고, 다이어프램(12)의 둘레가장자리를 케이싱(9)의 상면에 용착 또는 접착하거나 하여 고정되어 있고, 다이어프램(12)과 케이싱(9)의 상면의 사이에 펌프실(1)이 형성되어 있다.
펌프의 사이즈는, 예컨대 다이어프램(12)의 외경(A)이 φ20mm이고, 케이싱 (9)의 외경(B)은 φ22mm이고, 높이(C)는 3mm이다.
케이싱(9)에는 펌프실(1)에 흡입하는 흡입측의 유로(2)와 펌프실(1)로부터 토출하는 토출측의 유로(3)와 케이싱(9)의 두께방향으로 형성되어 있다. 펌프실(1)과 유로(2, 3)의 사이에는 역지밸브 수납부(18)가 설치되어 있고, 역지밸브 수납부 (18)에는 역지밸브(8)가 수납되어 장착되어 있다. 역지밸브유닛(8)은 탄성을 보유하는 박막으로 이루어지는 역지밸브막(5)과, 역지밸브막(5)에 의해 압력차로 개폐되는 관로(6)를 보유하는 역지밸브상자체(7)로 구성되어 있다. 역지밸브상자체(7)에는 관통하도록 관로(6)가 형성되어 있고, 이 관로(6)를 통해서 유로(2, 3)와 펌프실(1) 내가 연통되어 있다.
역지밸브상자체(7)는, 제 1스페이서(7a)와, 제 2스페이서(7b)로 구성되어 있고, 관로(6)를 막도록 제 1스페이서(7a)와 제 2스페이서(7b)의 사이에 역지밸브막 (5)을 배치하고, 제 1스페이서(7a)와 제 2스페이서(7b)와 역지밸브막(5)을 일체화하는 것에 의해 역지밸브상자체(7)에 역지밸브막(5)이 장착되어 있다. 흡입측의 유로(2)에 설치된 역지밸브유닛(8)에서는 유로(2)로부터 펌프실(1)측에 압력을 받음으로써 상방으로 휘어서 열리도록 되어 있고, 펌프실(1)측에 위치하는 제 1스페이서(7a)에 역지밸브막(5)이 휠수 있는 지름의 크기의 공간(19)이 설치되어 있다. 한편, 토출측의 유로(3)에 설치된 역지밸브유닛(8)에서는 펌프실(1)로부터 유로(3)측에 압력을 받음으로써 하방으로 휘어서 열리도록 되어 있고, 펌프실(1)과 반대측에 위치하는 제 2스페이서(7b)에 역지밸브막(5)이 휠수 있는 지름의 크기의 공간(19)이 설치되어 있다.
또한, 다이어프램(12)은 압전 액추에이터 등의 구동수단에 의해 진동시켜지고, 다이어프램(12)의 진동에 의해 흡입측의 유로(2)로부터 펌프실(1) 내에 유체가 흡입되고, 펌프실(1)에서 압축된 유체는 토출측의 유로(3)로부터 토출된다. 흡입시에는, 도 4A에 나타내는 바와 같이 다이어프램(12)이 케이싱(9)으로부터 떨어지도록 구동되지만, 이때 흡입측의 유로(2)에 연통하는 역지밸브막(5)이 열림과 아울러 토출측의 유로(3)에 연통하는 역지밸브막(5)이 막기 때문에, 흡입측의 유로(2)로부터 펌프실(1) 내에 유체를 흡입할 수 있다. 토출시에는 도 4B에 나타내는 바와 같이 다이어프램(12)이 케이싱(9)에 밀착하는 방향으로 구동되지만, 이때 흡입측의 유로(2)에 연통하는 역지밸브막(5)이 막음과 아울러 토출측의 유로(3)에 연통하는 역지밸브막(5)이 열리기 때문에, 펌프실(1)로부터 토출측의 유로(3)에 유체를 토출할 수 있다.
상기한 바와 같이, 역지밸브유닛(8)을 케이싱(9)과는 별체로서 구성한 것이므로, 역지밸브유닛(8)의 역지밸브기능을 확인한 후에 역지밸브유닛(8)을 케이싱 (9)에 설치할 수 있고, 펌프본체의 가공수율을 향상할 수 있다. 또한, 장기사용 등에 의한 역지밸브의 손상이 발생한 경우에도, 손상된 역지밸브유닛(8)만을 교환할 수 있다.
다이어프램(12)은, 예컨대, 놋쇠판 등의 금속박판(11)과 압전 액추에이터 (10)로 구성된다. 압전 액추에이터(10)는 PZT소자와 같은 압전소자에 은과 같은 금속의 도체의 전극을 설치하여 형성되어 있다. 압전 액추에이터(10)에 양수 및 음수의 전압(에컨대, 상용교류전압)을 인가하면, 압전 액추에이터(10)에 의해 다이어프램(12)이 반전구동되고, 펌프작용을 행한다.
또한, 역지밸브상자체(7)의 제 1 및 제 2스페이서(7a, 7b) 및 역지밸브막 (5)은, 예컨대 PC(폴리카보네이트)수지에 의해 형성되는 한편, 케이싱(9)은, 예컨대 PPA(폴리프탈아미드)수지에 의해 형성된다.
본 발명에 의하면, 상기 종래예에 비교해서, 펌프실(1)의 하면인 케이싱(9)의 상면으로부터 역지밸브막(5)까지의 거리가 짧게 되어 있고, 펌프실(1)에 유체를 흡입하였을 때의 펌프실(1)로부터 양 역지밸브막(5)까지의 유체부의 체적이 작게 되어 있다. 펌프실(1)에 유체를 흡입하였을 때, 펌프실(1)로부터 양 역지밸브막(5)까지의 유체부 체적을 V로 하고, 이 V에 대해서 토출하는 용적인 배제용적을 ΔV로 하고, 초기압력(P)에 대한 내부압력 상승값을 ΔP로 하면, ΔP=ΔV/(V-ΔV)×P의 관계가 있고, V가 작음으로써 ΔP가 크게 된다.
실시형태2
도 5A 및 도 5B는, 유체의 흡입측의 역지밸브유닛(8)과 유체의 토출측의 역지밸브유닛(8)을 동일 형상으로 하고, 흡입측과 토출측에서 역지밸브유닛(8)을 상하 역으로 하여 케이싱(9)에 설치한 실시형태를 나타내고 있다.
실시형태1과 마찬가지로, 역지밸브상자체(7)는 제 1스페이서(7a)와 제 2스페이서(7b)로 형성되어 있지만, 본 실시형태에서는, 제 1스페이서(7a)와 제 2스페이서(7b)가 동일한 두께로 역지밸브막(5)이 장착되어 있지만, 제 1스페이서(7a)에 역지밸브막(5)이 휠수 있는 지름의 크기의 공간(19)이 설치되어 있다. 또한, 흡입측에서는 제 1스페이서(7a)측이 펌프실(1)측으로 되도록 역지밸브유닛(8)이 설치되어 있고, 토출측에서는 제 2스페이서(7b)가 펌프실(1)측으로 되도록 역지밸브유닛(8)이 설치되어 있다.
이 구성에서는, 유체의 흡입측과 토출측에 설치하는 역지밸브유닛(8)을 공통화할 수 있기 때문에 가공비용의 저감이 가능하다.
실시형태3
도 6A 및 도 6B는, 역지밸브유닛(8)을 다이어프램(12) 설치면의 반대측으로부터 케이싱(9)에 설치한 실시형태를 나타내고 있다.
도 6A 및 도 6B에 나타내는 바와 같이, 역지밸브상자체(7)는 제 1스페이서 (7a)와 제 2스페이서(7b)와 제 3스페이서(7c)로 형성되어 있다. 제 3스페이서 (7c)는, 제 1스페이서(7a) 및 제 2스페이서(7b)와 마찬가지로, PC수지로 형성된다.
제 1스페이서(7a)와 제 2스페이서(7b)의 사이에 역지밸브막(5)은 장착되지만, 흡입측의 역지밸브유닛(8)에서는 제 1스페이서(7a)측에 역지밸브막(5)이 휠수 있는 공간(19)이 설치되어 있고, 토출측의 역지밸브유닛(8)에서는 제 2스페이서 (7b)측에 역지밸브막(5)이 휠 수 있는 공간(19)이 설치되어 있다.
본 실시형태에서는, 역지밸브유닛(8)은, 케이싱(9)의 다이어프램(12) 설치면과 반대측으로부터 삽입하여, 케이싱(9)의 역지밸브 수납부(18)에 설치되는 것이므로, 다이어프램(12)을 설치하는 일없이 역지밸브유닛(8)의 교환이 가능하다.
실시형태4
도 7A 및 도 7B는, 다이어프램(12)을 설치하는 케이싱(9a)과, 역지밸브유닛(8)을 설치하는 케이싱부(9b)를 별도의 부품으로 구성한 실시형태를 나타내고 있다.
도 7A 및 도 7B에 나타내는 바와 같이, 원반형상의 케이싱(9)이 별도의 부품의 케이싱부(9a)과 케이싱부(9b)로 구성되어 있다. 케이싱부(9a)는 원고리형상으로 형성되어 있고, 중앙에 구멍부(20)를 보유하고 있다. 케이싱부(9b)는 원반형상으로 상면에 돌출부(21)를 보유하고 있고, 케이싱부(9a)의 구멍부(20)에 돌출부(21)를 끼워넣으므로 케이싱부(9a)에 케이싱(9b)을 일체화하고 있다. 케이싱부(9a) 상에는 다이어프램(12)이 배치되어 있고, 다이어프램(12)의 둘레가장자리를 케이싱부(9a)의 상면에 접착함과 아울러, 케이싱부(9b)에는 역지밸브유닛(8)을 설치하고 있다.
다이어프램(12)은 외력에 의한 손상이 생기기 쉽지만, 상기 구성에 의해, 다이어프램(12) 설치부와 역지밸브유닛(8) 설치부를 분리할 수 있기 때문에, 다이어프램(12)의 교환이나 역지밸브유닛(8)의 교환이 각각 용이하게 행해진다. 다이어프램(12)을 변경하여도, 동일한 역지밸브유닛(8)의 조합이 이용가능하기 때문에, 다이어프램(12) 변경에 의한 펌프특성의 평가를 용이하게 할 수 있다.
다음에, 역지밸브유닛(8)의 케이싱(9)에 대한 설치방법, 또는, 두개의 케이싱부(9a, 9b)의 설치방법에 관해서 설명한다.
케이싱(9)은, 케이싱부(9a)의 구멍부(20)에 케이싱(9b)의 돌출부(21)를 억지끼워맞춤에 의해 일체적으로 설치되고, 역지밸브유닛(8)은, 케이싱부(9b)의 역지밸브 수납부(18)에 억지끼워맞춤에 의해 설치할 수 있다. 예컨대, 구멍부(20)와 돌출부(21)의 끼워맞춤에 관해서는, 구멍부(20) 및 돌출부(21)의 지름이 φ16mm의 경우, 구멍부(20)의 공차를 +0.018~0mm로, 돌출부(21)의 공차를 +0.029 ~ +0.018mm로 설정할 수 있다.
상기 억지끼워맞춤을 채용함으로써, 역지밸브유닛(8)(또는 다이어프램(12))의 교환시에는 케이싱(9)과 역지밸브유닛(8)(또는 케이싱부(9a)와 케이싱부(9b))을 용이하게 분리할 수 있다. 또한, 억지끼워맞춤 가공공차에 의해 역지밸브유닛(8)(또는 케이싱부(9b))을 용이하게 케이싱(9)(또는 케이싱부(9a))에 고정할 수 있고, 압입에 의한 기밀성의 확보가 가능하다. 또한, 케이싱(9)과 역지밸브유닛(8)의 사이, 또는 별도의 부품의 케이싱부(9a)과 케이싱부(9b)의 사이를 중간끼워맞춤 또는 간극끼워맞춤의 가공공차로 하여 접착 또는 용착으로 고정할 수도 있다.
예컨대, 구멍부(20) 및 돌출부(21)의 지름이 φ16mm인 경우, 구멍부(20)의 공차를 +0.018~0mm로, 돌출부(21)의 공차를 0 ~ -0.018mm로 설정함과 아울러, 끼워맞춤후, 케이싱부(9a) 및 케이싱부(9b)를 접착 또는 용착에 의해 고정할 수 있다. 도 8은, 케이싱부(9a)와 케이싱부(9b)의 사이를 접착제로 접착한 예를 나타내고 있고, 동도에 있어서, 22는 접착제 도포부를 나타내고 있다.
상기한 바와 같이, 접착 또는 용착함으로써 케이싱(9)과 역지밸브유닛(8)의 사이(또는 케이싱부(9a)와 케이싱부(9b)의 사이)의 기밀성이 확실하게 확보가능하다.
또한, 케이싱부(9a)의 구멍부(20) 내주면 및 케이싱부(9b)의 돌출부(21) 외주면에 각각 암나사 및 수나사를 형성하고, 일방을 타방에 나사부착함으로써 양자를 고정할 수도 있다. 마찬가지로, 케이싱부(9b)의 역지밸브 수납부(18)의 내주면및 역지밸브유닛(8)의 외주면에 각각 암나사 및 수나사를 형성하고, 일방을 타방에 나사부착함으로써 양자를 고정할 수 있다.
상기 나사부착에 의한 고정의 경우, 역지밸브유닛(8)(또는 케이싱부(9b))의 케이싱(9)(또는 케이싱부(9a))에 대한 고정 또는 분리를 용이하게 행할 수 있다.
역지밸브막의 각종 형태
상기 실시형태1 ~ 4에서는, 역지밸브의 기능을 달성하는 부재로서 역지밸브막(5)을 채용하고 있지만, 다음에 역지밸브막(5)의 각종 형태에 관해서 설명한다.
도 9는, 도 5A에 나타내는 역지밸브유닛(8)에 있어서의 역지밸브막(5)의 설치부를 나타내고 있고, 박막으로 이루어지는 역지밸브막(5)을 띠형상(직사각형상)으로 형성하고, 역지밸브막(5)을 관로(6)를 막도록 걸쳐서 배치한 후, 관로(6)에 걸친 위치에서 각각 역지밸브막(5)의 길이방향과 직교하는 방향으로 역지밸브막(5)이 용착되어 있다. 도 중 14는 접합부이다.
막힌 상태에서는, 도 10A 및 도 10B에 나타내는 바와 같이, 역지밸브막(5)의 길이방향과 평행한 가장자리부가 열리고, 막힌 상태에서는 도 11A 및 도 11B에 나타내는 바와 같이, 관로(6)가 막혀진다.
상기 띠형상의 역지밸브막(5)을 사용하면, 역지밸브로서 최저한 필요한 사이즈의 박막만으로 역지밸브막(5)을 구성할 수 있으므로, 박막의 재료를 절약할 수 있다.
도 12는, 평행하게 연장되는 한쌍의 슬릿형상의 통기구(13)가 형성된 역지밸브막(5)을 관로(6)를 막도록 배치하고, 관로(6)를 포함하는 통기구(13)의 주위를접합부(14)에 의해 용착하고 있다.
도 13A 및 도 13B는, 도 12에 나타내는 역지밸브막(5)의 통기구(13)가 열린 상태를, 도 14A 및 도 14B는, 관로(6)가 역지밸브막(5)에 의해 막힌 상태를 나타내고 있다.
이 경우, 역지밸브막(5)의 사이즈를 자유롭게 설정할 수 있기 때문에, 조립시의 핸들링이 용이하며, 용착도 용이하게 행할 수 있다.
도 15A 및 도 15B는, 직사각형의 박막으로 이루어지는 역지밸브막(5)을 관로 (6)를 막도록 배치한 예를 나타내고 있다. 관로(6)의 양측에서 평행하게 연장하는 한쌍의 슬리형상의 통기구(13)를 역지밸브막(5)에 형성하고, 통기구(13)의 주위를 전체둘레에 걸쳐서 접합부(14)를 원고리형상으로 형성하고 있다.
도 15B에 나타내는 바와 같이, 역지밸브막(5)의 통기구(13)가 열면, 역지밸브막(5)의 한쌍 통기구(13)의 사이의 부분이 횡방향 반원통형상으로 부풀어 오른다.
도 16A에 나타내는 바와 같이, 역지밸브막(5)에 있어서의 관로(6)로부터 떨어진 부위에 1조의 슬릿형상의 통기구(13)를 형성하여도 좋다. 통기구(13)는, 관로(6)의 외주의 접선방향과 평행하게 연장되고, 통기구(13)의 주위를 전체둘레에 걸쳐서 설치된 원고리형상 접합부(14)에 의해 역지밸브막(5)은 케이싱(7)에 용착된다.
도 16B에 나타내는 바와 같이, 역지밸브막(5)의 통기구(13)가 열리면, 역지밸브막(5)의 통기구(13)로부터 관로(6)에 이르는 부분이 부풀러 올라 있다.
이 형상은, 관로(6)와 통기구(13)의 개구변의 거리가 짧아도, 누출이 발생되기 어렵다.
또한, 도 17A에 나타내는 바와 같이, 복수의 통기구(13)를 역지밸브막(5)에 형성할 수 있다. 상세히 기술하면, 직사각형상의 박막으로 이루어지는 역지밸브막 (5)이 관로(6)를 막도록 배치되어 있고, 역지밸브막(5)에는, 관로(6)의 외주로부터 떨어진 위치에서 관로(6)의 외주의 접선방향과 평행한 슬릿형상의 통기구(13)를 둘레방향으로 복수조(예컨대, 3조) 점점이 흩어지도록 천공되어 있다. 역지밸브막(5)은, 통기구(13)의 주위를 전체둘레에 걸쳐서 원고리형상 접합부(14)에 의해 용착되어 있다.
도 17B는, 역지밸브막(5)의 통기구(13)가 열린 상태를 나타내고 있다.
이 경우, 접합부(14)가 관로(6)를 중심으로 하는 원주형상으로 위치함과 아울러 통기구(13)가 둘레방향으로 등간격으로 점점이 흩어져 있기 때문에 역지밸브막(5)에 주름이 발생되기 어렵다.
또한, 역지밸브막(5)의 통기구(13)의 코너부는 곡선형상으로 형성할 필요가 있고, 통기구(13)를 직사각형 등의 네모진 코너부를 보유하는 형상으로 형성한 경우, 역지밸브막(5)에 장력이 가해지면, 코너부에 균열이 발생하기 쉽다. 또한, 통기구(13)를 원형 또는 원형에 가까운 형상으로 형성하여도, 장력에 의한 역지밸브막(5)의 파손이 억제된다. 즉, 역지밸브막에 형성하는 통기구의 형상은, 연속한 곡선형상으로 하는 것이 좋다.
도 18은, 직사각형의 박막으로 이루어지는 역지밸브막(5)을 관로(6)를 막도록 하여, 역지밸브막(5)을 개구할 수 있는 1변을 관로(6)에 근접배치한 것이고, 일변을 제외하여 관로(6)의 주위를 둘러싸도록 대략 U자형상으로 접합부(14)에 용착되어 있다.
이 역지밸브막(5)은, 도 19A 및 도 19B에 나타내는 바와 같이, 1변만이 열리고, 도 20A 및 도 20B에 나타내는 바와 같이, 역지밸브막(5)에 의해 관로(6)가 막혀진다.
이 경우, 간단한 형상으로 역지밸브기능을 가지게 함과 아울러 누출이 발생되기 어렵다.
또한, 도 21에 나타내는 바와 같이, 관로(6)를 막도록 역지밸브막(5)을 배치하고, 관로(6)의 주변을 따라서 역지밸브막(5)을 점적으로 용착하여, 접합부(14) 간을 통기구로 할 수 있다. 도 21의 예에서는, 역지밸브막(5)의 주위의 3개소의 둘레방향으로 등간격으로 용착되어 있다.
이 역지밸브막(5)은, 도 22A 및 도 22B에 나타내는 바와 같이, 용착부 이외의 3변이 부풀어 올라서 열리고, 도 23A 및 도 23B에 나타내는 바와 같이, 관로(6)는 막혀진다.
이와 같이, 접합부(14)가 관로(5)를 중심으로 하는 원주상에 있으면, 역지밸브막(5)에 주름이 발생되기 어렵다.
또한, 도 24에 나타내는 바와 같이 대략 다각형상으로 형성한 역지밸브막(5)을 관로(6)를 막도록 배치하고, 각 정점부를 접합하여, 접합부(14) 간을 통기구로 하는 것도 가능하다.
도 24에 나타내는 예에서는, 박막으로 이루어지는 역지밸브막(5)이 다각형의 일예로서의 삼각형상으로 형성되어 있고, 도 25A 및 도 25B에 나타내는 바와 같이, 직선형상의 3변이 부풀어 올라서 열려지고, 도 26A 및 도 26B에 나타내는 바와 같이, 관로(6)는 막혀진다.
이 경우도, 역지밸브막(5)의 접합부(14)가 관로(6)를 중심으로 하는 원주 상이기 때문에 역지밸브막(5)에 주름이 발생되기 어렵고, 개구하는 변이 직선형상이기 때문에 역지밸브막(5)의 말려올라감이 발생하지 않는다.
또한, 도 27A에 나타내는 바와 같이, 원호형상 또는 반원형상으로 박막을 절결하여 플랩부(5b)를 형성한 역지밸브막(5)을 관로(6)를 막도록 배차하고, 관로(6) 및 노치부(5a)의 주변을 따라서 역지밸브막(5)을 원형으로 용착하여, 노치부(5a)의 내측에 형성된 대략 반원형상의 플랩부(5b)를 밸브막으로 하는 것도 가능하다.
이 역지밸브막(5)은, 도 27B에 나타내는 바와 같이, 밸브체인 플랩부(5b)가 요동하여 관로(6)를 개폐한다.
이 예에서는, 구성이 간소하고, 높은 위치결정 정밀도를 필요로 하지 않을뿐만 아니라, 밸브막의 굽힘탄성에 의해 관로(6)의 개폐를 행할 수 있기 때문에, 밸브막의 장력에 의한 압력손실을 저감할 수 있다.
또한, 도 28A 및 도 28B에 나타내는 바와 같이, 관로(6)를 소정의 간격으로 이간한 복수(예컨대, 3개)의 원호형상 개구부(6a)에 의해 구성하고, 복수의 개구부 (6a)의 중앙에 플랩부(5b)를 지지하는 지지부(6b)를 형성하는 것이 좋다.
관로(6)가 도 27의 형상인 경우, 밸브체인 플랩부(5b)가 막히면, 관로(6)를막는 플랩부(5b)의 중심부가 관로(6)의 내부로 향하여 끌어들여지지만, 도 28A 및 도 28B의 형상의 경우, 플랩부(5b)의 중심부가 대향하는 위치에 지지부(6b)가 형성되어 있는 것 때문에, 플랩부(5b)가 막혀도, 플랩부(5b)의 중심부가 관로(6)의 내부로 향하여 끌어들여지는 일없이, 유체의 누출이 발생되기 어렵고, 내부압력을 더욱 크게 하는 것이 가능하다.
또한, 개구부(6a)의 형상은 원고리형상뿐만 아니라, 원형, 타원형 등 다른 형상이어도 좋다.
또한, 도 28A 및 도 28B의 관로형상은, 이미 설명한 역지밸브막(5)에 대해서도 적용가능하다.
또한, 도 29A에 나타내는 바와 같이, 박막으로 이루어지는 역지밸브막(5)을 띠형상(직사각형)으로 형성하고, 역지밸브막(5)을 관로(6)를 막도록 걸치게하여 배치한 후, 역지밸브막(5)의 편측만 그 길이방향과 직교하는 방향으로 역지밸브막(5)을 용착할 수 있다.
이 경우, 관로(6)의 상방에 위치하는 직사각형상 플랩부(5b)가 밸브체로서 작용하고, 도 29B에 나타내는 바와 같이, 플랩부(5b)가 요동하여 관로(6)를 개폐한다.
이 예는, 구성이 아주 간소하고, 높은 위치결정 정밀도를 필요로 하지 않을뿐만 아니라, 박막의 굽힘탄성에 의해 유로(6)의 개폐를 행할 수 있기 때문에, 밸브막의 장력에 의한 압력손실을 저감할 수 있다.
역지밸브유닛의 각종 형태
도 30 내지 도 32는, 역지밸브상자체(7)를 제 1 및 제 2스페이서(7a, 7b)로 형성함과 아울러, 이 제 1 및 제 2스페이서(7a, 7b)를 끼워넣음구조로 하고, 제 1 및 제 2스페이서(7a, 7b) 간에 역지밸브막(5)을 끼워넣어서 접합한 것이다. 역지밸브막(5)의 통기구에 관해서는, 상기한 바와 같이 각종 형태가 있고, 여기서는 생략하고 있다.
예컨대, 제 1스페이서(7a)의 끼워맞춤 오목부의 내경 및 제 2스페이서(7b)의 끼워맞춤 돌출부의 외경이 φ4mm이고, 역지밸브막(5)의 두께가 0.002mm의 경우, 제 1스페이서(7a)의 끼워맞춤 오목부의 내경공차를 +0.02 ~ +0.01mm로 설정하고, 제 2스페이서(7b)의 끼워맞춤 돌출부의 외경공차를 -0.01~-0.02mm로 설정하면, 제 1 및 제 2스페이서(7a, 7b)를 억지끼워맞춤에 의해, 용이하게 접합할 수 있다.
또한, 억지끼워맞춤을 대신하여, 제 1스페이서(7a)와 제 2스페이서(7b)의 사이에 역지밸브막(5)을 끼워넣고, 제 1스페이서(7a) 및 제 2스페이서(7b)를 전체둘레에 걸쳐서 접착하여도 좋다.
또한, 도 33 내지 도 35에 나타내는 바와 같이, 역지밸브상자체(7)의 상에 박막으로 이루어지는 역지밸브막(5)을 배치하고, 역지밸브상자체(7)의 외주부에 역지밸브막(5)을 용착하여도, 역지밸브막(5)의 역지밸브상자체(7)에 대한 접합을 확실히 행할 수 있다. 도 중, 25는 용착부를 나타내고 있다.
또한, 도 36 내지 도 38에 나타내는 바와 같이, 역지밸브상자체(7)를 제 1스페이서(7a)와 제 2스페이서(7b)로 구성하고, 제 1스페이서(7a)와 제 2스페이서 (7b)의 사이에 박막으로 이루어지는 역지밸브막(5)을 끼워넣고, 전체둘레에 걸쳐서제 1스페이서(7a), 제 2스페이서(7b) 및 역지밸브막(5)의 3자를 용착하여도 좋다. 이 경우, 3층 용착이기 때문에 역지밸브막(5)에 용착 손상이 생기기 어렵다.
압전 펌프의 제조
본 발명에 관한 압전 펌프의 제조에 있어서, 박막에 미리 통기구(13)를 천공하여, 또는, 박막을 미리 소정의 형상으로 하여 역지밸브막(5)을 형성함과 아울러, 역지밸브막(5)에 의해 압력차로 개폐되는 관로(6)를 역지밸브상자체(7)에 형성한 후, 역지밸브막(5)을 관로(6)를 막도록 배치하여 역지밸브상자체(7)와 일체화하여 역지밸브유닛(8)을 형성하고, 또한 이 역지밸브유닛(8)을 펌프실(1)과 유로 (2, 3)의 사이의 케이싱(9)에 설치한다. 이 방법은, 박막(4)으로의 통기구(13)의 형성이 용이하다.
또한, 통기구(13)은, 역지밸브막(5)을 역지밸브상자체(7)와 일체화하여 역지밸브유닛(8)을 형성한 후, 천공하는 것도 가능하다. 이 경우, 역지밸브막(5) 설치시의 위치결정이 일절 불필요하고, 적소에 통기구(13)를 후형성할 수 있다.
또한, 도 39에 나타내는 바와 같이, 박막(4)으로의 통기구(13)의 형성을 엑시머레이저에 의해 행할 수 있다.
도 39의 예에서는, 역지밸브상자체(7)는 제 1스페이서(7a)와 제 2스페이서 (7b)로 형성되어 있지만, 엑시머레이저 등의 레이저를 사용하는 경우, 제 1스페이서(7a)는 예컨대 투명PC수지로 형성되고, 제 2스페이서(7b)는 예컨대 흑PC수지로 형성된다. 통기구(13)를 가공하기 전에 박막(4)을 제 1스페이서(7a)와 제 2스페이서(7b)의 사이에 끼워넣음과 아울러 접합부(14)로 용착하여 역지밸브유닛(8)을 조립한다. 또한, 레이저장치(28)로부터 레이저광(27)을 조사하여 통기구(13)를 천공한다.
이와 같이 엑시머레이저 등의 레이저에 의해 통기구(13)를 천공하면, 가공열에 의한 주름의 발생이 없고, 박막(4)을 미세가공할 수 있다. 또한, 역지밸브상자체(7)에, 후가공에 의한 손상(레이저 흔적)이 남기 어렵다.
또한, 도 40에 나타내는 바와 같이, 역지밸브상자체(7) 상에 탄성을 보유하는 박막으로 형성된 역지밸브막(5)을 관로(6)를 막도록 배치하고, 도 41에 나타내는 바와 같이, 그 위에 유리(16)를 얹어놓음과 아울러 유리(16)로 역지밸브막(5)을 역지밸브상자체(7)에 압접하면서, 레이저를 조사하여 용착부(25)로 용착하고 있다.
이와 같이, 역지밸브막(5)과 역지밸브상자체(7)를 밀착지지하여 역지밸브상자체(7)와 역지밸브막(5)을 일체 용착하면, 확실하게 또한 주름이 없도록 용착하는 것이 가능하게 되고, 기밀성이 향상한다.
또한, 도 42에 나타내는 바와 같이, 레이저로 용착할 때에, 틈 등의 개구부를 보유하는 차폐부재(17)를 이용하여 소정의 부위에 레이저광(27)을 동시에 조사하여, 제 1스페이서(7a), 역지밸브막(5) 및 제 2스페이서(7b)를 일체적으로 접합하고 있다. 도 42의 예에서는, 개구부를 보유하는 2장의 차폐부재(17)를 겹쳐서 레이저장치(28)에 설치하고, 제 1스페이서(7a), 역지밸브막(5) 및 제 2스페이서(7b)의 원형의 소정의 부위에 레이저광(27)을 동시에 조사하고 있다. 도 중, 25는 용착부를 나타내고 있다. 레이저장치(28)로서는 YAG레이저가 이용되고 있지만, 레이저의 조사조건의 일예를 표 1에 나타낸다.
아크릴 폴리카보네이트
파워 0.56J/숏 0.24J/숏
숏수 5숏 5숏
상기한 바와 같이, 전체둘레 동시 용착을 행한 경우, 용착열의 영향을 완화하기 쉽다.
실시예
다음과 같은 방법으로 다이어프램 펌프를 제조하였다. 도 43A는 다이어프램 펌프의 외관을 나타내고, 도 43B는 다이어프램 펌프의 분해사시도이다.
이 다이어프램 펌프의 구동전압, 구동주파수, 최대압력, 유량은 다음과 같다.
ㆍ구동전압 : -100, 400V
ㆍ구동주파수 : 100㎐(직사각형파)
ㆍ최대압력 : 450hPa
ㆍ유량 : 85ml/min
다이어프램 펌프는 원방형상의 다이어프램(12)과 원반형상의 케이싱(9)과 역지밸브유닛(8)으로 구성되어 있다. 다이어프램(12)은 케이싱(9)의 상면에 얹어놓여 설치되고, 다이어프램(12)의 둘레가장자리를 케이싱(9)의 상면에 접합하여 고정되어 있고, 다이어프램(12)과 케이싱(9)의 상면의 사이에 펌프실이 형성되어 있다.
케이싱(9)은 별도의 부품의 케이싱부(9a)와 케이싱부(9b)로 구성되어 있다. 케이싱부(9a)는 원고리형상으로 형성되어 있고, 중앙에 구멍부(20)를 보유하고 있다. 케이싱부(9b)는 원반형상으로 상면에 돌출부(21)를 보유하고 있고, 케이싱부 (9a)의 구멍부(20)에 돌출부(21)를 끼워넣으므로 케이싱부(9a)에 케이싱부(9b)가 일체화되어 있다. 케이싱부(9a) 상에는 다이어프램(12)이 배치되어 있고, 다이어프램(12)의 둘레가장자리가 케이싱부(9a)의 상면에 접착되어 있다. 케이싱부(9b)에는 역지밸브 수납부(18)가 설치되어 있고, 이 역지밸브 수납부(18)에 역지밸브유닛(8)가 수납되어 접착되어 있다.
역지밸브상자체(7)는 제 1스페이서(7a)와 제 2스페이서(7b)로 형성되어 있지만, 제 1스페이서(7a)와 제 2스페이서(7b)가 동일 두께로 동일 외경의 원반형상으로 형성되어 있다. 또한, 제 1스페이서(7a)는 투명CP수지로 형성되어 있고, 제 2스페이서(7b)는 흑PC수지로 형성되어 있고, 역지밸브막(5)은 투명PC수지로 형성되어 있다. 제 1스페이서(7a)와 제 2스페이서(7b)의 사이에 역지밸브막(5)을 끼워장착하여 용착함으로써 역지밸브유닛(8)이 조립되어 있다.
다이어프램(12)은 금속박판(11)과 압전 액추에이터로 구성되어 있고, 압전 액추에이터(10)는 PZT소자이고, 직경이 φ20mm, 두께가 0.25mm이다. 금속박판(11)은 놋쇠판이며, 직경이 φ20.2mm, 두께가 0.05mm이다. PZT소자의 전극은 은이며, 직경이 φ18mm이다.
역지밸브막(5)은 폴리카보네이트 필름이며 직경은 0.002mm이다. 이 역지밸브막(5)은 역지밸브상자체(7)의 제 1스페이서(7a)와 제 2스페이서(7b)의 사이에 끼워지고, 역지밸브막(5)과 제 1스페이서(7a) 및 제 2스페이서(7b)의 3자를 용착부 (25)에서 일체로 용착하는 것에서 역지밸브유닛(8)을 조립하고 있다.
역지밸브유닛(8)의 높이는, 도 44A에 나타내는 바와 같이, 1.6mm이고, 역지밸브유닛(8)의 외경은 φ5.5mm이고, 끼워맞춤 공차는 예컨대, -0.004 ~ -0.012mm이다. 역지밸브막(5)이 휘어지기 위한 공간(19)의 지름은, 도 44B에 나타내는 바와 같이, φ2.8mm이고, 관로(6)의 지름은 φ1mm이다. 이 역지밸브유닛(8)은, 흡입측도 토출측도 나타내고 있고, 통기구(13)의 길이는 1mm이며, 한쌍의 통기구(13)의 간격은 2mm이고, 통기구(13)의 폭은 0.3mm이다.
케이싱(9)의 케이싱부(9a)는 PPA수지로 형성되어 있고, 케이싱부(9b)는 투명아크릴수지로 형성되어 있다. 케이싱(9)의 케이싱부(9a)의 외경은 φ22mm이고, 내경은 φ13mm이고, 끼워맞춤공차는 예컨대, +0.18~0mm이고, 두께는 1mm이다. 케이싱 (9)의 케이싱부(9b)의 외경은 φ15mm이고, 두께는 2mm이다. 케이싱부(9b)의 돌출부 (21)의 외경은 φ13mm이고, 끼워맞춤공차는 예컨대, -0.006~-0.017mm이다. 역지밸브 수납부(18)의 내경은 φ5.5mm이고, 끼워맞춤공차가 예컨대, +0.012~0mm이고, 깊이가 1.6mm이다.
제 1스페이서(7a)와 제 2스페이서(7b)와 역지밸브막(5)을 일체로 용착부(25)에서 용착하기에는 YAG레이저를 이용하여, 도 45A에 나타내는 바와 같이, 전체둘레에 걸쳐서 행하였다. 또한, 통기구(13)를 천공하는 것에는, 도 45B에 나타내는 바와 같이, 엑시머레이저를 조사하여 행하였다.
본 발명은 제조가 용이하며, 효율 및 신뢰성이 높으며 콤팩트한 펌프 및 그 제조방법을 제공할 수 있는 특징으로 가지고 있다.

Claims (31)

  1. 압전 액추에이터의 작용에 의해 펌프실의 용적을 변화시킴으로써 펌프실 내에 유체를 흡입하거나 펌프실로부터 유체를 토출하는 압전 펌프로서,
    펌프실에 연통하는 흡입측 및 토출측의 유로를 보유하는 케이싱과, 박막으로 형성된 역지밸브막과 이 역지밸브막에 의해 압력차로 개폐되는 관로를 보유하는 역지밸브상자체로 구성된 역지밸브유닛을 보유하고, 이 역지밸브유닛을 펌프실과 유로 간에 설치한 것을 특징으로 하는 펌프.
  2. 제 1항에 있어서, 압전 액추에이터와 금속박판을 서로 접합한 다이어프램을 케이싱에 장착하여, 다이어프램과 케이싱 간에 펌프실을 형성한 것을 특징으로 한 펌프.
  3. 제 1항에 있어서, 유체의 흡입측의 역지밸브유닛과 유체의 토출측의 역지밸브유닛을 동일형상으로 하고, 흡입측과 토출측에서 역지밸브유닛을 상하 역으로 하여 케이싱에 설치한 것을 특징으로 하는 펌프.
  4. 제 1항에 있어서, 역지밸브유닛을 다이어프램 설치면의 반대측으로부터 케이싱에 설치한 것을 특징으로 하는 펌프.
  5. 제 1항에 있어서, 케이싱을, 다이어프램을 설치하는 제 1의 케이싱부와, 이 제 1의 케이싱부와는 별도의 부품이며 역지밸브유닛을 설치하는 제 2의 케이싱부로 구성한 것을 특징으로 하는 펌프.
  6. 제 5항에 있어서, 케이싱과 역지밸브유닛의 사이, 및, 제 1과 제 2의 케이싱부의 사이 중 적어도 일방을 끼워맞춤구조로 하고, 이 끼워맞춤부분을 억지끼워맞춤으로 하여 압입에 의해 설치한 것을 특징으로 하는 펌프.
  7. 제 5항에 있어서, 케이싱과 역지밸브유닛의 사이, 및, 제 1과 제 2의 케이싱부의 사이 중 적어도 일방을 끼워맞춤구조로 하고, 이 끼워맞춤부분을 중간끼워맞춤 또는 간극끼워맞춤으로 하여 접착 또는 용착으로 설치한 것을 특징으로 하는 펌프.
  8. 제 5항에 있어서, 케이싱과 역지밸브유닛의 사이, 및, 제 1과 제 2의 케이싱부의 사이 중 적어도 일방을 끼워맞춤구조로 하고, 이 끼워맞춤부분에 나사산을 형성하여 나사부착한 것을 특징으로 하는 펌프.
  9. 제 1항에 있어서, 역지밸브상자체의 관로를 막도록 역지밸브막을 배치하고, 역지밸브막을 역지밸브상자체에 접합한 것을 특징으로 하는 펌프.
  10. 제 9항에 있어서, 통기구를 형성한 역지밸브막을 역지밸브상자체의 관로를 막도록 배치하고, 관로를 포함하는 통기구의 주위의 역지밸브막을 역지밸브상자체에 접합한 것을 특징으로 하는 펌프.
  11. 제 10항에 있어서, 관로에 걸쳐서 관로의 양측에 위치하도록 통기구를 형성한 것을 특징으로 하는 펌프.
  12. 제 10항에 있어서, 관로로부터 떨어진 위치에서 관로의 외주의 접선과 평행한 1조의 통기구를 형성한 것을 특징으로 하는 펌프.
  13. 제 10항에 있어서, 관로로부터 떨어진 위치에서 관로의 외주의 접선과 평행한 통기구를 둘레방향으로 복수개 형성한 것을 특징으로 하는 펌프.
  14. 제 10항에 있어서, 역지밸브막에 형성하는 통기구의 형상을 연속한 곡선형상으로 한 것을 특징으로 하는 펌프.
  15. 제 9항에 있어서, 관로를 막도록 역지밸브막을 배치하고, 관로를 사이에 둔 2변을 역지밸브상자체에 접합한 것을 특징으로 펌프.
  16. 제 9항에 있어서, 개구할 수 있는 1변을 보유하는 역지밸브막을 관로를 막도록 배치하고, 상기 개구할 수 있는 1변을 제외하고 유로의 주위를 역지밸브상자체에 접합한 것을 특징으로 하는 펌프.
  17. 제 9항에 있어서, 관로를 막도록 역지밸브막을 배치하고, 관로의 주변을 따라서 역지밸브막을 역지밸브상자체에 점적으로 접합하여, 접합부 간을 통기구로 한 것을 특징으로 하는 펌프.
  18. 제 17항에 있어서, 다각형의 역지밸브막을 관로를 막도록 배치하고, 다각형의 각 정점부를 역지밸브상자체에 접합한 것을 특징으로 하는 펌프.
  19. 제 9항에 있어서, 역지밸브막이 박막의 일부를 절결하여 형성한 플랩부를 보유하고, 플랩부의 주위를 따라서 역지밸브막을 역지밸브상자체에 접합한 것을 특징으로 하는 펌프.
  20. 제 19항에 있어서, 플랩부에 의해 개폐되는 관로를 소정의 간격으로 이간한 복수의 개구부로 형성하고, 이 복수의 개구부의 중앙에 플랩부를 지지하는 지지부를 형성한 것을 특징으로 하는 펌프.
  21. 제 9항에 있어서, 역지밸브막을 띠형상으로 형성하고, 역지밸브막의 편측만을 그 길이방향과 직교하는 방향으로 역지밸브상자체에 접합한 것을 특징으로 하는펌프.
  22. 제 9항에 있어서, 역지밸브상자체를 제 1 및 제 2의 스페이서로 형성함과 아울러 제 1 및 제 2의 스페이서를 끼워맞춤구조로 하고, 제 1 및 제 2의 스페이서 간에 역지밸브막을 끼워넣어서 접합한 것을 특징으로 하는 펌프.
  23. 제 22항에 있어서, 제 1스페이서와 제 2스페이서를 접착한 것을 특징으로 하는 펌프.
  24. 제 9항에 있어서, 역지밸브막과 역지밸브상자체를 일체적으로 용착한 것을 특징으로 하는 펌프.
  25. 제 9항에 있어서, 역지밸브상자체를 제 1 및 제 2의 스페이서로 형성함과 아울러 이 제 1 및 제 2의 스페이서 간에 역지밸브막을 끼워넣고, 제 1 및 제 2스페이서와 역지밸브막을 일체적으로 용착한 것을 특징으로 하는 펌프.
  26. 박막으로 형성된 역지밸브막에 통기구를 형성하고, 역지밸브막에 의해 압력차로 개폐되는 관로를 역지밸브상자체에 형성하고, 역지밸브막을 역지밸브상자체의 관로를 막도록 배치하고, 관로를 포함하는 통기구의 주위의 역지밸브막을 역지밸브상자체에 접합하여 역지밸브막과 역지밸브상자체에 의해 역지밸브유닛을 구성하고,이 역지밸브유닛을 케이싱에 설치하는 것을 특징으로 하는 펌프의 제조방법.
  27. 제 26항에 있어서, 박막으로의 통기구의 형성을 엑시머레이저에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 펌프의 제조방법.
  28. 박막으로 형성된 역지밸브막에 의해 압력차로 개폐되는 관로를 역지밸브상자체에 형성하고, 역지밸브막을 역지밸브상자체의 관로를 막도록 배치하고, 관로의 주위에서 역지밸브막을 역지밸브상자체에 접합한 후에 접합부와 관로의 사이에서 역지밸브막에 통기구를 형성하고, 역지밸브유닛을 케이싱에 설치하는 것을 특징으로 하는 펌프의 제조방법.
  29. 제 28항에 있어서, 박막으로의 통기구의 형성을 엑시머레이저에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 펌프의 제조방법.
  30. 박막으로 형성된 역지밸브막에 의해 압력차로 개폐되는 관로를 역지밸브상자체에 형성하고, 역지밸브막을 역지밸브상자체의 관로를 막도록 배치하고, 유리로 역지밸브막과 역지밸브상자체를 압접하면서 레이저를 조사하여 용착해서 역지밸브막과 역지밸브상자체에 의해 역지밸브유닛을 구성하고, 역지밸브유닛을 케이싱에 설치하는 것을 특징으로 하는 펌프의 제조방법.
  31. 제 30항에 있어서, 레이저로 용착함에 있어서, 개구부를 보유하는 차폐수단을 이용하여 역지밸브막과 역지밸브상자체의 소정의 부위를 동시 용착하는 것을 특징으로 하는 펌프의 제조방법.
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