KR20150137731A - Piezoelectric pump for microfluid devices - Google Patents

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KR20150137731A
KR20150137731A KR1020140066123A KR20140066123A KR20150137731A KR 20150137731 A KR20150137731 A KR 20150137731A KR 1020140066123 A KR1020140066123 A KR 1020140066123A KR 20140066123 A KR20140066123 A KR 20140066123A KR 20150137731 A KR20150137731 A KR 20150137731A
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KR
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piezoelectric
fluid
present
elastic chamber
opening
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Application number
KR1020140066123A
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Korean (ko)
Inventor
박종규
나영민
이현석
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창원대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a piezoelectric pump comprising: an elastic chamber part which has a fluid inlet where fluid is put and a fluid outlet to discharge the fluid; and a piezoelectric body part which is arranged on the outer surface of the elastic chamber part, wherein the elastic chamber part is formed in either a rectangular parallelepiped shape or in a cylindrical shape. The present invention enables easy manufacture by simplifying the structure thereof as a check valve for preventing a backflow is not required and improves the durability and reliability of the pump.

Description

압전 펌프{PIEZOELECTRIC PUMP FOR MICROFLUID DEVICES}PIEZOELECTRIC PUMP FOR MICROFLUID DEVICES

본 발명은 압전펌프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 체크밸브를 사용하지 않는 단순한 구조의 압전 펌프에 관한 것이다.The present invention relates to a piezoelectric pump, and more particularly, to a piezoelectric pump having a simple structure without using a check valve.

최근 의료, 고분자 화학 분야에 적용되는 MEMS 기술의 발전에 따라 마이크로 유체 이송시스템 연구와 수요가 증가하고 있다. 이러한 마이크로 유체 이송시스템의 핵심요소인 마이크로 펌프는 사용 목적에 따라 정량의 미세 유체와 더불어 기체화된 연료의 공급 및 시료의 분석, 전달 등을 제어하게 된다. Recent advances in MEMS technology for medical and polymer chemistry have led to increased research and demand for microfluidic transport systems. The micropump, which is a key element of the microfluidic transport system, controls the supply of the gasified fuel and the analysis and delivery of the sample together with a fixed amount of microfluid depending on the purpose of use.

그러나 기존의 모터구동 펌프의 경우 소형화, 소비 전력 등의 한계로 인하여 성능 및 크기의 제약을 가진다. However, existing motor-driven pumps have limitations in performance and size due to limitations in size and power consumption.

이에 주변 환경에 특성이 크게 변하지 않고, 마이크로 단위의 소형화가 가능하며, 빠른 반응성 및 전력 소모가 적은 장점을 가진 압전 펌프의 활용분야가 늘어가는 추세이다. Therefore, there is an increasing tendency to use piezo-electric pumps, which do not greatly change characteristics in the surrounding environment, can be miniaturized on a micro scale, have quick reactivity, and have low power consumption.

이러한 분야에 적용되는 압전 구동 방식은 압전소자에 전계를 가하면 기계적인 변위를 발생시키는 역압전효과를 이용한 것으로, 탄성체와 압전체의 결합방식에 따라 유니모프, 바이모프, 적층형 등이 있다. The piezoelectric driving method applied to these fields uses an inverse piezoelectric effect which generates a mechanical displacement when an electric field is applied to the piezoelectric element, and there are unimorph, bimorph, and laminated type according to the combination of the elastic body and the piezoelectric body.

펌프 막과 밸브의 작동을 기반으로한 첫 마이크로 펌프는 1970년대 중반에 시작되었다. The first micropump based on the operation of pump membranes and valves began in the mid-1970s.

이후로 마이크로 펌프는 많은 관심을 끌었고, 마이크로 단위의 유체 현상과 마이크로유체 장치의 개발이 중요 목표가 되었다. Since then, micropumps have attracted much attention, and the development of microfluidics and microfluidics has become an important goal.

지난 십여년간 마이크로 펌프의 수많은 다른 작동 이론 모델과 원리가 제안되었다. 그 중 하나가 물질에 기계적 응력을 가할 때 전기분극이 생성되거나, 물질에 전계를 인가할 때 기계적변형을 생성시키는 압전효과를 이용하는 압전펌프이다.Over the past decade, a number of different theoretical models and principles of micropump have been proposed. One of them is a piezoelectric pump that utilizes a piezoelectric effect that generates electrical polarization when it applies mechanical stress to the material or creates mechanical strain when an electric field is applied to the material.

종래 압전펌프는 본체, 유입구와 유출구, 컨트롤러, 체크밸브 및 구동부를 포함하여 구성된다. Conventionally, a piezoelectric pump includes a main body, an inlet and an outlet, a controller, a check valve, and a driver.

상기 본체는 압전펌프의 외형을 형성하며, 내부에는 유체를 수용하는 공간이 형성되어 있다. 그리고 상기 유입구와 유출구는 상기 본체에 연결되어 상기 유체를 내부공간 내로 유입 및 유출시킬 수 있다. The main body forms an outer shape of the piezoelectric pump, and a space for receiving a fluid is formed inside. The inlet port and the outlet port may be connected to the main body to allow the fluid to flow into and out of the internal space.

상기 체크밸브는 유입구 및 유출구에 각각 구비되어, 유체의 역류를 방지한다. 즉, 유입구 측에서는 유체가 본체 방향으로만 흘러들어가게 하고, 유출구 측에서는 본체에서 나가는 방향으로만 유체가 흐르도록 제어한다. The check valves are respectively provided at the inlet and the outlet to prevent backflow of the fluid. That is, the fluid flows only in the direction of the main body at the inlet port side, and the fluid flows only in the direction from the main body at the outlet port side.

상기 구동부는 진동판과 그 배면에 구비된 압전소자로 구성되며, 상기 컨트롤러에 의해 제어되어 펌핑 작용을 행하는 구성요소로서 상하 방향으로 진동하면서 상기 본체 내부 공간에 압력차를 발생시켜 유체가 유입구에서 유출구로 흐르도록 한다.The driving unit is composed of a diaphragm and a piezoelectric element provided on the back surface thereof. The driving unit is a component that is controlled by the controller and performs a pumping action. The driving unit generates a pressure difference in the interior space of the main body while vibrating in a vertical direction, Let it flow.

즉, 일반적으로 사용되는 체크 밸브식의 압전펌프는 유체의 역류현상을 능동 밸브를 사용하여 차단한다. That is, a generally used check valve type piezoelectric pump cuts backflow phenomenon of a fluid by using an active valve.

이는 챔버와 챔버 사이에서 액츄에이터의 동작에 따라 압력이 변화하여 반복적으로 열리고 닫히는 방식에서 채택되고 있지만, 유체의 흐름, 반복 동작 등의 요인으로 발생하는 피로 및 마모로 인해 펌프 전체의 효율을 떨어뜨리는 요인이 된다. This is because the pressure between the chamber and the chamber varies depending on the operation of the actuator and is repeatedly opened and closed. However, due to fatigue and wear caused by fluid flow, repetitive operation, etc., .

한국공개특허 10-2010-42361Korean Patent Publication No. 10-2010-42361

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 체크밸브를 사용하지 않는 단순한 구조의 압전 펌프를 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a piezoelectric pump having a simple structure without using a check valve.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 지적된 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은 유체가 유입되는 유체 유입구 및 유체가 배출되는 유체 배출구를 포함하는 탄성 챔버부; 및 상기 탄성 챔버부의 외면에 배치되는 압전체부를 포함하며, 상기 탄성 챔버부는 직육면체 형상 또는 원통형 형상인 것을 특징으로 하는 압전 펌프를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a fluid ejecting apparatus including: an elastic chamber part including a fluid inlet through which fluid flows and a fluid outlet through which fluid is discharged; And a piezoelectric part disposed on an outer surface of the elastic chamber part, wherein the elastic chamber part has a rectangular parallelepiped shape or a cylindrical shape.

또한, 본 발명은 상기 탄성 챔버부는 상기 유체 유입구 및 상기 유체 배출구와 연속적으로 형성되는 관로를 더 포함하는 압전 펌프를 제공한다.The present invention further provides a piezoelectric pump, wherein the elastic chamber portion further comprises a channel formed continuously with the fluid inlet and the fluid outlet.

또한, 본 발명은 상기 탄성 챔버부가 직육면체 형상인 경우, 상기 압전체부는 상기 탄성 챔버부의 제1면에 배치되는 제1압전체부, 제2면에 배치되는 제2압전체부, 제3면에 배치되는 제3압전체부 및 제4면에 배치되는 제4압전체부를 포함하는 압전 펌프를 제공한다.In the present invention, when the elastic chamber portion is in the form of a rectangular parallelepiped, the piezoelectric body portion includes a first piezoelectric body portion disposed on a first surface of the elastic chamber portion, a second piezoelectric body portion disposed on a second surface, 3 piezoelectric body portion and a fourth piezoelectric body portion disposed on the fourth surface.

또한, 본 발명은 상기 탄성 챔버부가 원통형 형상인 경우, 상기 압전체부는 원통형 형상인 상기 탄성 챔버부의 외면을 따라 배치되는 링 형상인 것을 특징으로 하는 압전 펌프를 제공한다.Further, in the present invention, when the elastic chamber portion is in a cylindrical shape, the piezoelectric portion is a ring shape disposed along the outer surface of the elastic chamber portion in a cylindrical shape.

또한, 본 발명은 상기 유체 유입구를 개폐하는 제1개폐부 및 상기 유체 배출구를 개폐하는 제2개폐부를 더 포함하며, 상기 제1개폐부는 제1고정부 및 상기 제1고정부의 형상 변화에 따라 개폐되는 제1셔터부를 포함하고, 상기 제2개폐부는 제2고정부 및 상기 제2고정부의 형상 변화에 따라 개폐되는 제2셔터부를 포함하는 압전 펌프를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a refrigerator including a first opening and closing part for opening and closing the fluid inlet, and a second opening and closing part for opening and closing the fluid outlet, wherein the first opening and closing part includes: And the second opening and closing part includes a second shutter part that is opened and closed in accordance with a change in shape of the second fixing part and the second fixing part.

상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 역류를 방지하는 체크밸브를 사용하지 않음으로 구성을 단순화시켜 제작이 용이하고, 펌프의 내구성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.According to the present invention as described above, since the check valve for preventing the backflow is not used, the construction is simplified to facilitate manufacture, and the durability and reliability of the pump can be improved.

또한, 본 발명에 의하면, 전원 차단시 자기 차단(self-locking)기능이 있어 별도의 차단밸브가 요구되지 않아 구성이 단순하고 펌프의 내구성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.In addition, according to the present invention, since the self-locking function is provided when the power is shut off, a separate shut-off valve is not required, so that the structure is simple and the durability and reliability of the pump can be improved.

또한, 본 발명에 의하면, 본체 내부 공간을 요구하지 않으므로 소형화가 가능하다.Further, according to the present invention, since the space inside the main body is not required, miniaturization is possible.

또한, 본 발명에 의하면, 손쉽게 전압인가의 교체로 유체의 펌핑 방향을 전환할 수 있어 양방향으로 사용이 가능하다.In addition, according to the present invention, it is possible to switch the pumping direction of the fluid easily by replacing the voltage application, so that it can be used in both directions.

도 1은 두 개의 압전평판이 이격되어 구성되는 압전체에서의 진행파 생성을 나타낸다.
도 2a는 압전모터의 원리를 보여주는 개념도이고, 도 2b는 압전펌프의 연동운동에 의한 유체 운반원리을 보여주는 개념도이다.
도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 압전펌프를 도시한 개략적인 단면도이고, 도 3b는 본 발명의 제1실시예에 따른 압전펌프를 도시한 개략적인 사시도이다.
도 3c 및 도 3d는 정재파의 합성이 진행파가 되는 과정을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 유한요소해석 프로그램인 Comsol Multiphysics를 사용한 연계 해석 절차를 나타내고 있다.
도 5는 각 구동에 따른 해석 모델의 형상을 도시한 도면이다.
도 6은 진행파에 의한 탄성체의 움직임을 도시하는 도면이다.
도 7은 도 6에 따른 유체의 유동방향을 도시한 도면이다..
도 8은 각 압전체의 바닥면을 고정한 후 3가지 형상과 챔버 높이변화에 따른 유량특성을 도시한 그래프이다.
도 9는 각 압전체의 바닥면을 비 고정한 후 3가지 형상과 챔버 높이변화에 따른 유량특성을 도시한 그래프이다.
도 10은 3가지 형상에 따른 배압과 챔버 높이변화의 유량특성을 도시한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 압전펌프를 도시한 개략적인 사시도이다.
도 12a는 본 발명의 제3실시예에 따른 압전펌프를 도시한 개략적인 단면도이고, 도 12b는 본 발명의 제3실시예에 따른 압전펌프의 개폐부를 도시한 개략적인 도면이다.
Fig. 1 shows progressive wave generation in a piezoelectric body in which two piezoelectric plates are spaced apart.
FIG. 2A is a conceptual view showing the principle of a piezoelectric motor, and FIG. 2B is a conceptual view showing a fluid transportation principle by a peristaltic motion of a piezoelectric pump.
FIG. 3A is a schematic cross-sectional view illustrating a piezoelectric pump according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a schematic perspective view illustrating a piezoelectric pump according to a first embodiment of the present invention.
FIGS. 3C and 3D are schematic diagrams for explaining the process of synthesizing the standing waves to become progressive waves. FIG.
FIG. 4 shows a linkage analysis procedure using a finite element analysis program, Comsol Multiphysics.
5 is a diagram showing a shape of an analysis model according to each drive.
6 is a view showing the movement of the elastic body by the traveling wave.
FIG. 7 is a view showing a flow direction of the fluid according to FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is a graph showing flow characteristics according to three shapes and chamber height changes after fixing the bottom surfaces of the respective piezoelectric bodies.
FIG. 9 is a graph showing flow characteristics according to three shapes and chamber height changes after the bottom surfaces of the piezoelectric bodies are not fixed.
10 is a graph showing the flow characteristics of back pressure and chamber height change according to three shapes.
11 is a schematic perspective view showing a piezoelectric pump according to a second embodiment of the present invention.
12A is a schematic cross-sectional view showing a piezoelectric pump according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 12B is a schematic view showing an opening and closing part of a piezoelectric pump according to a third embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and the manner of achieving them, will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.

아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings. &Quot; and / or "include each and every combination of one or more of the mentioned items. ≪ RTI ID = 0.0 >

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.Although the first, second, etc. are used to describe various components, it goes without saying that these components are not limited by these terms. These terms are used only to distinguish one component from another. Therefore, it goes without saying that the first component mentioned below may be the second component within the technical scope of the present invention.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. The terms " comprises "and / or" comprising "used in the specification do not exclude the presence or addition of one or more other elements in addition to the stated element.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다. The terms spatially relative, "below", "beneath", "lower", "above", "upper" And can be used to easily describe a correlation between an element and other elements. Spatially relative terms should be understood in terms of the directions shown in the drawings, including the different directions of components at the time of use or operation. For example, when inverting an element shown in the figures, an element described as "below" or "beneath" of another element may be placed "above" another element . Thus, the exemplary term "below" can include both downward and upward directions. The components can also be oriented in different directions, so that spatially relative terms can be interpreted according to orientation.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 두 개의 압전평판이 이격되어 구성되는 압전체에서의 진행파 생성을 나타낸다. Fig. 1 shows progressive wave generation in a piezoelectric body in which two piezoelectric plates are spaced apart.

도 1을 참조하여 진행파 생성을 계속 설명하면, 동일한 주파수의 교류 신호로 각각 구동되는 두 개의 압전평판(11, 12)은 각각의 두께방향으로 같이 분극시킨 구간(세그먼트)들 중의 하나가 정재파의 1/2 파장 간격으로 위치하도록 배열한다.1, the two piezoelectric plates 11 and 12, which are respectively driven by AC signals of the same frequency, are divided into one of the segments (polarization) / 2 < / RTI >

상기 배열을 갖는 두 개의 압전평판은 정재파의 1/4 파장 간격만큼 이격시켜 배열한다. 두 개의 세그먼트는 한파장(full-wave)의 길이이기 때문에, 압전평판의 하나(11)가 사인파로 인가되는 동안 다른 평판(12)을 코사인파로 구동하면 1/2 구간의 오프셋은 다른 정재파에서 다른 위상의 1/4의 파장이 변형되는 한 요소의 정재파를 일으킨다. The two piezoelectric plates having the above arrangement are arranged at intervals of a quarter wavelength of the standing wave. Since the two segments are full-wave lengths, when one of the piezoelectric plates 11 is applied with a sine wave while the other plate 12 is driven with a cosine wave, the offsets of the half- Causing a standing wave of one element in which the wavelength of a quarter of the phase is deformed.

따라서 동시에 위상에서 벗어나는 1/4의 파장을 일으킨다. This results in a quarter wavelength that deviates from the phase simultaneously.

이런 신호들의 결과로써 상기 이격된 간격으로 공간적으로 1/4 파장 벗어나고, 또 사인파와 코사인파 차이에 의한 위상에서 1/4 파장 벗어난 동일주파수에서, 두 개의 정재파의 결합은 진행파를 생성한다. 상술한 진행파의 발생이 압전펌프를 구동하는 압전 모터의 기본 동작을 제공하게 된다.As a result of these signals, a combination of two standing waves produces a traveling wave at a spaced 1/4 wavelength apart at the spaced apart intervals, and at the same frequency off 1/4 wavelength from the phase due to the difference between sine and cosine waves. The above-mentioned generation of the traveling wave provides the basic operation of the piezoelectric motor for driving the piezoelectric pump.

이하에서는, 상기 진행파를 이용한 압전모터 및 압전펌프의 기본 구조를 설명하기로 한다.Hereinafter, the basic structure of the piezoelectric motor and the piezoelectric pump using the traveling wave will be described.

도 2a는 압전모터의 원리를 보여주는 개념도이고, 도 2b는 압전펌프의 연동운동에 의한 유체 운반원리을 보여주는 개념도이다.FIG. 2A is a conceptual view showing the principle of a piezoelectric motor, and FIG. 2B is a conceptual view showing a fluid transportation principle by a peristaltic motion of a piezoelectric pump.

먼저, 도 2a를 참조하여 압전모터의 동작을 설명하면, 진행파는 탄성평판(고정자)(26)을 통해 움직이기 때문에 회전자(25) 표면의 모든 지점은 타원형의 경로로 이동하게 된다. First, referring to FIG. 2A, the operation of the piezoelectric motor will be described. Since the traveling wave travels through the elastic plate (stator) 26, all points on the surface of the rotor 25 move to an elliptical path.

회전자가 확실하게 고정자를 누르기 때문에 타원형의 운동은 회전자(25)에 토크를 전달하여 도시된 바와 같이 보여주듯이, 진행파와 반대 방향으로 추진한다. 압전모터의 동작은 회전자(25)와 고정자(26) 사이의 경계면의 마찰에 의존하게 되는데, 이와 같은 모터의 동작이 액체나 가스를 전달할 수 있는 압전 펌프의 동작에 기본을 제공한다. Since the rotor is reliably depressing the stator, the elliptical motion transmits torque to the rotor 25 and propels it in the direction opposite to the traveling wave, as shown. The operation of the piezoelectric motor depends on the friction of the interface between the rotor 25 and the stator 26. The operation of such a motor provides a basis for the operation of a piezoelectric pump capable of transferring liquid or gas.

다음으로, 도 2b를 참조하여 압전모터를 응용한 압전펌프의 원리를 설명하면, 진행파의 정현파 곡선 공간(30) 사이에, 양쪽 탄성체 표면에 생긴 진동 진행파들의 마루부분은 서로 접촉되고 골부분은 서로 떨어져서 여러 개의 공간이 형성(32)됨을 볼 수 있다.Next, referring to FIG. 2B, the principle of the piezoelectric pump applying the piezoelectric motor will be described. In the sine wave curve space 30 of the traveling wave, the floor portions of the vibration traveling waves generated on the surfaces of the elastic bodies are in contact with each other, It can be seen that several spaces are formed (32) apart.

따라서 상기 공간들(32)은 연동운동으로 진행파의 방향으로 액체나 가스의 전달을 위한 기초를 제공한다. 상기 압전펌프는 물리적으로 회전자(rotor) 없이 서로 마주보는 면을 가진 두 개의 고정자(탄성진동판)(31)로 구성된다. 따라서 압전펌프의 이동 공간(32)은 두 배로 증가한다. 진행파(30)는 경계면에서 동시에 생성되고, 액체나 가스를 충분히 채우기 위해 지속적인 여러 공간(32)을 형성한다. The spaces 32 thus provide a basis for the delivery of liquid or gas in the direction of traveling waves in the peristaltic motion. The piezoelectric pump is physically composed of two stators (elastic diaphragm) 31 having faces facing each other without a rotor. Therefore, the moving space 32 of the piezoelectric pump doubles. The traveling wave 30 is generated at the interface at the same time and forms a plurality of continuous spaces 32 to sufficiently fill the liquid or gas.

따라서 연동작용은 실질적으로 움직이는 부분과 관련되지 않으며, 유체나 가스는 진행파 방향을 따른다. 이러한 압전 펌프의 가장 큰 특징은 역류를 막는 체크밸브나, 전체적 흐름을 막는 밸브가 필요하지 않다는 것이다. 이유는 압전 펌프의 연동은 압착효과처럼 중요한 역할을 할 수 있는 단단히 닫힌 공간을 만들기 때문이다. 압전 펌프의 전압이 꺼짐으로써 두 탄성체(고정자) 사이의 경계표면에는 변위가없이 서로 밀착되어 유체의 흐름을 멈추기 때문에 기존의 밸브가 완전히 동작이 멈춘 것처럼 자기 차단(selflocking) 현상이 발생한다.Therefore, the interlocking action is not substantially related to the moving part, and the fluid or gas follows the traveling wave direction. The main feature of these piezoelectric pumps is that they do not require check valves to prevent backflow or valves to prevent overall flow. The reason is that the interlocking of the piezoelectric pump creates a tightly closed space that can play an important role as a squeeze effect. When the voltage of the piezoelectric pump is turned off, the boundary surfaces between the two elastic bodies (stator) are in close contact with each other without displacement, and the flow of the fluid is stopped. Thus, the self-locking phenomenon occurs as if the conventional valve is completely stopped.

이하에서는 상술한 바와 같은 진행파의 원리가 적용된 본 발명에 따른 압전 펌프를 설명하기로 한다.Hereinafter, a piezoelectric pump according to the present invention to which the principle of traveling wave as described above is applied will be described.

도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 압전펌프를 도시한 개략적인 단면도이고, 도 3b는 본 발명의 제1실시예에 따른 압전펌프를 도시한 개략적인 사시도이다.FIG. 3A is a schematic cross-sectional view illustrating a piezoelectric pump according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a schematic perspective view illustrating a piezoelectric pump according to a first embodiment of the present invention.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 압전펌프(100)는 유체가 유입되는 유체 유입구(131) 및 유체가 배출되는 유체 배출구(132)를 포함하는 탄성 챔버부(110), 상기 탄성 챔버부(110)의 외면에 배치되는 압전체부(121, 122)를 포함한다.3A and 3B, a piezoelectric pump 100 according to the first embodiment of the present invention includes an elastic chamber part (not shown) including a fluid inlet 131 through which fluid flows and a fluid outlet 132 through which fluid is discharged 110, and piezoelectric parts 121, 122 disposed on the outer surface of the elastic chamber part 110.

이때, 상기 탄성 챔버부(110)는 상기 유체 유입구(131)와 상기 유체 배출구(132)와 연속적으로 형성되는 관로(131)를 포함한다.At this time, the elastic chamber part 110 includes a channel 131 formed continuously with the fluid inlet 131 and the fluid outlet 132.

본 발명의 제1실시예에서, 상기 탄성 챔버부(110)는 직육면체 형상일 수 있다.In the first embodiment of the present invention, the resilient chamber portion 110 may have a rectangular parallelepiped shape.

계속해서, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 상기 압전체부는 직육면체 형상인 상기 탄성 챔버부(110)의 제1면에 배치되는 제1압전체부(121a, 122a), 제2면에 배치되는 제2압전체부(121b, 122b), 제3면에 배치되는 제3압전체부(121c, 122c) 및 제4면에 배치되는 제4압전체부(121d, 122d)를 포함할 수 있다.3A and 3B, the piezoelectric body portion includes first piezoelectric bodies 121a and 122a disposed on the first surface of the elastic chamber portion 110 having a rectangular parallelepiped shape, second piezoelectric bodies 121a and 122a disposed on the second surface, The first and second piezoelectric bodies 121b and 122b and the third piezoelectric bodies 121c and 122c disposed on the third surface and the fourth piezoelectric bodies 121d and 122d disposed on the fourth surface.

이때, 도면에서는 제1압전체부 내지 제2압전체부 각각이, 각 면에 4개씩 배치되어 있는 것으로 도시하고 있으나, 본 발명에서 이들 각 면에 배치된 압전체부의 개수를 제한하는 것은 아니다.At this time, although the figure shows that each of the first to fourth piezoelectric bodies is arranged on each of the four surfaces, the number of the piezoelectric bodies arranged on each of these surfaces is not limited in the present invention.

한편, 각 면에 배치된 각각의 압전체부, 예를 들면, 제1압전체부(121a, 122a)는 2개의 압전체부가 하나의 압전체를 이룰 수 있으며, 전원부(미도시)에서 각각 사인파와 코사인파를 인가할 수 있다.On the other hand, the two piezoelectric parts of the respective piezoelectric parts, for example, the first piezoelectric parts 121a and 122a disposed on each surface can form a single piezoelectric body, and a sine wave and a cosine wave .

이 경우, 상기 제1압전체부(121a, 122a)는 압전모터의 고정자(stator) 역할을 수행하여, 상술한 진행파를 발생시킨다. In this case, the first piezoelectric bodies 121a and 122a act as a stator of the piezoelectric motor to generate the above-mentioned traveling wave.

상기 진행파는 상기 탄성 챔버부(110)에 연동운동을 발생시키고, 이 연동운동에 의하여 발생한 공간이 펌핑 작용을 하게 된다.The traveling wave generates a peristaltic motion in the elastic chamber part 110, and a space generated by the peristaltic motion causes a pumping action.

상기에서 설명한 본 발명에 따른 압전 펌프의 효과를 설명하면 다음과 같다.The effects of the piezoelectric pump according to the present invention will be described as follows.

첫째, 본 발명에 의하면, 역류를 방지하는 체크밸브를 사용하지 않음으로 구성을 단순화시켜 제작이 용이하고, 펌프의 내구성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.First, according to the present invention, a check valve for preventing backflow is not used, so that the construction is simplified, and the durability and reliability of the pump can be improved.

둘째, 본 발명에 의하면, 전원 차단시 자기 차단(self-locking)기능이 있어 별도의 차단밸브가 요구되지 않아 구성이 단순하고 펌프의 내구성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.Second, the present invention has a self-locking function when the power is shut off, so that a separate shut-off valve is not required, which simplifies the structure and improves durability and reliability of the pump.

셋째, 본 발명에 의하면, 본체 내부 공간을 요구하지 않으므로 소형화가 가능하다.Third, according to the present invention, since the space inside the main body is not required, miniaturization is possible.

넷째, 본 발명에 의하면, 손쉽게 전압인가의 교체로 유체의 펌핑 방향을 전환할 수 있어 양방향으로 사용이 가능하다.Fourthly, according to the present invention, it is possible to easily change the pumping direction of the fluid by replacing the voltage application, so that it can be used in both directions.

이하에서는 본 발명에 따른 압전 펌프의 동작원리를 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation principle of the piezoelectric pump according to the present invention will be described.

본 발명에 따른 압전 펌프는 압전체부에 사인파와 코사인파를 인가해 시간적, 공간적 위상차가 90도 다른 두 정재파를 합성해 진행파를 생성시켜 유체를 이동하게 하는 방식이다.The piezoelectric pump according to the present invention is a method of applying a sinusoidal wave and a cosine wave to a piezoelectric body to synthesize two standing waves having a temporal and spatial phase difference of 90 degrees to generate a traveling wave to move the fluid.

즉, 도 3a에 도시된 바와 같이, 탄성 챔버부의 굴곡면이 상하대칭으로 이루어져, 여기서 발생되는 180도 위상차의 진행파로 인한 챔버부의 수축 및 확장이 이루어짐에 의하여, 유체를 이동하게 하는 방식이다.That is, as shown in FIG. 3A, the curved surface of the elastic chamber portion is vertically symmetrical, and the chamber is shrunk and expanded due to the traveling wave of 180 degrees phase difference generated therein, thereby moving the fluid.

본 발명에 따른 압전 펌프의 동작은 압전의 진행파 여진 방법과 그 조건에 관한 식에 따라 공간적으로 파장/4만큼 위상차를 가지는 네 개의 압전체부에 전극 인가 방향을 조건식에 따라서 배치시킬 수 있다.The operation of the piezoelectric pump according to the present invention can be arranged according to a conditional expression on the four piezoelectric parts having a phase difference of spatially by a wavelength of 4 according to the traveling wave excitation method of piezoelectric and the equation about the condition thereof.

이후 주기/4의 위상차가 나는 교류전압을 인가하면 두 정재파의 합성파인 진행파가 만들어진다. 이러한 진행파에 의해 생성되는 굴곡면에 180도 대칭되는 진행파를 서로 마주보게 하면, 계면 사이에 존재하는 마이크로 챔버가 진행하게 되고 유체 이송에 적용할 수 있다. Then, when an alternating voltage having a phase difference of a period / 4 is applied, a traveling wave which is a composite wave of two standing waves is produced. When traveling waves symmetrical 180 degrees to the curved surface generated by the traveling wave are opposed to each other, the micro chamber existing between the interfaces proceeds and can be applied to fluid transportation.

다음은 정재파의 합성이 진행파가 되는 과정을 수식적으로 표현한 것이다.The following is a mathematical representation of the process by which standing waves are synthesized.

도 3c 및 도 3d는 정재파의 합성이 진행파가 되는 과정을 설명하기 위한 모식도이다.FIGS. 3C and 3D are schematic diagrams for explaining the process of synthesizing the standing waves to become progressive waves. FIG.

PZT의에 각 압전 세라믹에 의한 굴곡 진동파는 다음의 수학식 (1) 및 수학식 (2)로 나타낼 수 있다.The bending vibration wave of each piezoelectric ceramic of PZT can be expressed by the following equations (1) and (2).

Figure pat00001
수학식 (1)
Figure pat00001
Equation (1)

Figure pat00002
수학식 (2)
Figure pat00002
Equation (2)

여기서 a만큼 후에 만들어진 위상차각을 다음의 수학식 (3)으로 하면,Here, if a phase difference angle made a later by a is expressed by the following equation (3)

Figure pat00003
Figure pat00004
수학식 (3)
Figure pat00003
Figure pat00004
Equation (3)

상기 수학식 (2)는 다음의 수학식 (4)로 정리될 수 있다.The above equation (2) can be summarized by the following equation (4).

Figure pat00005
수학식 (4)
Figure pat00005
Equation (4)

또한, 수학식 (1)과 수학식 (4)의 합성식은 다음의 수학식 (5)로 표현될 수 있다.The composite expression of the expressions (1) and (4) can be expressed by the following expression (5).

Figure pat00006
수학식 (5)
Figure pat00006
Equation (5)

최종적으로 정리하면 A=B이므로 다음의 수학식 (6)이 된다.As a final result, A = B, so that the following equation (6) is obtained.

Figure pat00007
수학식 (6)
Figure pat00007
Equation (6)

이러한 진행파를 만들어내기 위해서는 세라믹의 배치 및 극성의 설정이 이루어져야 한다.In order to generate this traveling wave, the arrangement of the ceramic and the polarity should be set.

이는 도 3c에서와 같이 사용하는 압전의 개수, 파장의 길이, 압전체의 길이, 압전과 압전 사이의 거리 등을 설정하고, 도 3d에서와 같이 서로 90도 위상차를 가진 sin, cos의 구동 여진으로 생성된다. As shown in FIG. 3C, the number of the used piezoelectric elements, the length of the wavelength, the length of the piezoelectric element, the distance between the piezoelectric element and the piezoelectric element are set, and are generated by driving excitation of sin and cos, do.

도 3d에서 (-)부호의 여진은 접착 압전 세라믹의 극성을 반전시킴으로써 실현된다. In Fig. 3, the excitation of the (-) sign is realized by reversing the polarity of the bonded piezoelectric ceramics.

이런 형식은 두 개의 정재파를 여진하기 위해 두 개의 진동원을 필요로 하기 때문에 효율이 50% 이하로 높지 않지만 위상차와 유체의 출입방향을 쉽게 바꿀 수 있다는 장점이 있다. This type requires two oscillating sources to excite two standing waves, so the efficiency is not as high as 50% or less, but it has the advantage of easily changing the phase difference and the direction of fluid entry and exit.

본 발명에 따른 압전 펌프는 부드러운 진행파의 형성 및 위장의 연동운동 형태로 설계를 하였다. The piezoelectric pump according to the present invention is designed in the form of a smooth traveling wave and a peristaltic motion of the stomach.

또한 다물리 모델로서 압전체와 탄성체의 변형이 유체에 전달되는 방식으로, 압전체에 교류전압을 인가하게 되면 분극 방향에 따라 인장 및 수축 변형이 반복적으로 발생된다.Also, as a multiphysical model, a strain of a piezoelectric body and an elastic body is transmitted to a fluid. When an AC voltage is applied to a piezoelectric body, tensile and shrinkage deformation are repeatedly generated along the polarization direction.

이에 탄성체 굴곡면에서 생성된 진행파가 챔버의 볼륨량을 시간에 따라 변화시키면 유체의 위치 및 속도변화에 의한 편향유동이 형성된다.Therefore, when the traveling wave generated from the flexure surface of the elastic body changes the volume of the chamber with time, a deflection flow due to the change of the position and velocity of the fluid is formed.

즉, 교류전압의 진폭이 압전의 변형률에 영향을 주고, 그에 따른 탄성체의 변형이 챔버 안 유속의 변화에 영향을 줌으로서, 결과적으로 챔버의 부피 및 유량의 변화율의 상관관계를 형성한다. That is, the amplitude of the AC voltage affects the strain of the piezoelectric, and the deformation of the elastic body accordingly affects the change in the flow rate in the chamber, resulting in a correlation between the volume of the chamber and the rate of change of the flow rate.

도 4는 유한요소해석 프로그램인 Comsol Multiphysics를 사용한 연계 해석 절차를 나타내고 있다.FIG. 4 shows a linkage analysis procedure using a finite element analysis program, Comsol Multiphysics.

도 4를 참조하면, 먼저 압전체에서 발생된 압전 변위량을 탄성체와 유체에 커플링 하였다. 이는 구조물의 변위에 다른 속도 변화 값을 관내 유체의 속도와 상호작용을 수행하기 위한 것으로 각 모듈은 유체와 구조물간의 경계면에서 운동량을 주고받게 된다. Referring to FIG. 4, first, the piezoelectric displacement amount generated in the piezoelectric body is coupled to the elastic body and the fluid. This is to allow different velocity changes to the displacement of the structure to interact with the velocity of the fluid in the tube, where each module receives and transmits the momentum at the interface between the fluid and the structure.

또한 시간에 따른 동적 해석을 진행하여 매 시간 간격으로 해가 수렴 될 때까지 반복 계산하는 동안, 압전체에서의 물리적 해를 도출하여 탄성체와 유체로 전달한 후 최종적인 유체의 유량을 산출하였다.Also, during the dynamic analysis over time and repeatedly calculating until the solution converges at every time interval, the physical solution in the piezoelectric body is derived, transferred to the elastic body and the fluid, and finally the flow rate of the fluid is calculated.

그리고 유체와 구조물간의 경계면은 no-slip으로 설정하여 압전체에서 발생된 진행파에 의한 속도에 의해서만 유체를 이동 하였다.The interface between the fluid and the structure was set to no-slip, and the fluid was moved only by the speed due to the traveling wave generated in the piezoelectric body.

표 1은 해석에 사용된 압전 소자 PZT-4의 물성치를 나타내고, 유체는 물, 탄성체는 SBR(Styrene Butadiene Rubber)을 사용하였다. Table 1 shows the physical properties of the piezoelectric element PZT-4 used in the analysis. SBR (Styrene Butadiene Rubber) was used for the fluid and water.

Figure pat00008
Figure pat00008

본 해석 모델에서 펌프 양 끝에 위치한 챔버들은 실제 실험 모델과의 유사 조건 재현 및 양 입출구 부분의 유체를 안정화하는 동시에 그 흐름을 확인하는 역할을 할 수 있다.In this analytical model, the chambers located at both ends of the pump can reproduce similar conditions with the experimental model and confirm the flow while stabilizing the fluid at both inlet and outlet.

도 5는 각 구동에 따른 해석 모델의 형상을 도시한 도면이고, 도 6은 진행파에 의한 탄성체의 움직임을 도시하는 도면이며, 도 7은 도 6에 따른 유체의 유동방향을 도시한 도면이다.FIG. 5 is a view showing a shape of an analytical model according to each driving, FIG. 6 is a view showing a movement of an elastic body by a traveling wave, and FIG. 7 is a view showing a flow direction of the fluid according to FIG.

표 2는 진행파 여진 조건식에 따른 압전 마이크로 펌프의 크기를 나타낸다. Table 2 shows the size of the piezoelectric micropump according to the traveling wave excitation condition equation.

Figure pat00009
Figure pat00009

압전체에 인가하는 전원의 각 주파수는 160Hz, 구동전압은 sin, cos 두 정재파를 각각 100V로 적용하였고, 챔버의 입출구(탄성 챔버부의 유체 유입구 및 유체 배출구)의 경우 양방향성을 가진 대기 상태로 가정하고 1atm을 초기압력으로 가정하였다.The frequency of the power source applied to the piezoelectric body is 160 Hz, the driving voltage is sin and cos, and the standing waves are applied at 100 V, respectively. In the case of the chamber inlet / outlet (fluid inlet and fluid outlet of the elastic chamber) Is assumed to be the initial pressure.

또한 설계 변수는 각 압전체 바닥면을 고정, 비고정으로 나누고 구동방식에 따라 2상(c4), 3상(c3), 2상 그룹 구동(cg)을 적용시키는 실험조건을 설정하여 그에 따른 유량 및 압력특성을 살펴보았다. In addition, the design parameters are divided into fixed and unfixed piezoelectric substrates, and the experimental conditions for applying 2-phase (c 4 ), 3-phase (c 3 ), and 2-phase group driving (c g ) Flow characteristics and pressure characteristics.

도 8은 각 압전체의 바닥면을 고정한 후 3가지 형상과 챔버 높이변화에 따른 유량특성을 도시한 그래프이다.FIG. 8 is a graph showing flow characteristics according to three shapes and chamber height changes after fixing the bottom surfaces of the respective piezoelectric bodies.

2상의 경우 평균변위는 8.32이며, 챔버의 높이가 0.1에서 최대 227의 유량을 나타내었으며, 3상의 경우 평균변위는 8.96이며, 챔버의 크기가 0.1에서 최대 267의 유량을 나타내었다. 또한, 2상 그룹의 경우 평균변위는 3.4이며, 챔버의 크기가 0.1에서 148의 유량을 나타내었다.In the case of the two phases, the average displacement was 8.32, the chamber height was 0.1 to 227, the average displacement in the three phases was 8.96, and the chamber size was 0.1 to 267. The average displacement of the two-phase group was 3.4 and the chamber size was 0.1 to 148.

최대유량의 경우 3상 그룹의 0.1의 경우가 가장 우수한 유량 특성을 보였고, 지속적인 유량의 경우 2상이 상대적으로 우수한 유량특성을 보인다. For the maximum flow rate, 0.1 of the 3-phase group exhibited the best flow characteristics, and for the continuous flow, the 2-phase flow characteristics were relatively good.

도 9는 각 압전체의 바닥면을 비 고정한 후 3가지 형상과 챔버 높이변화에 따른 유량특성을 도시한 그래프이다.FIG. 9 is a graph showing flow characteristics according to three shapes and chamber height changes after the bottom surfaces of the piezoelectric bodies are not fixed.

2상의 경우 평균변위는 8.03이며, 챔버의 크기가 0.1에서 최대 139의 유량을 나타내었으며, 3상의 경우 평균변위는 5.1이며, 챔버의 크기가 0.1에서 최대 77.4의 유량을 나타내었다. 2상 그룹의 경우 평균 변위는 3.97이며, 챔버의 크기가 1에서 4.26의 유량을 보였다. The average displacement for the two phases was 8.03, the chamber size was 0.1 to the maximum 139, the average displacement for the three phases was 5.1, and the chamber size ranged from 0.1 to 77.4. For the two-phase group, the average displacement was 3.97, and the chamber size was from 1 to 4.26.

최대유량의 경우 2상 구동의 0.1의 경우가 가장 우수한 유량 특성을 보였고, 지속적인 유량의 경우 3상이 상대적으로 우수한 유량특성을 보인다. For the maximum flow rate, the best flow characteristics were obtained at 0.1 of 2-phase drive, and the 3-phase flow characteristics at constant flow rate were relatively good.

도 10은 3가지 형상에 따른 배압과 챔버 높이변화의 유량특성을 도시한 그래프이다.10 is a graph showing the flow characteristics of back pressure and chamber height change according to three shapes.

2상 경우 0.1에서 최대 6.13Pa, 3상의 경우 챔버의 크기가 0.1mm에서 7.75Pa의 유량을 나타내었으며, 2상 그룹의 경우 0.1mm에서 8.5Pa의 최대 압력을 보였다. In the case of 2 phase, 0.1 to 6.13 Pa. In the case of 3 phase, the chamber showed a flow rate of 0.1 mm to 7.75 Pa. In the case of 2-phase group, the maximum pressure was 0.1mm to 8.5 Pa.

본 발명에서는 의료, 고분자 화학 분야에 적용되는 마이크로 유체 이송시스템의 핵심요소인 마이크로 압전 펌프의 정량의 미세 유체 및 기체의 전달 제어 방법을 제안하였고, 또한, 다물리 시뮬레이션을 통하여 마이크로 압전펌프의 활용 및 응용 가능성을 검증하였다.The present invention proposes a method for controlling the delivery of microfluidic and gaseous substances in a microfluidic pump, which is a key element of a microfluidic transport system applied to medical and polymer chemistry fields. In addition, The applicability was verified.

시뮬레이션 결과, 전체 압전체를 고정하지 않았을 조건보다 압전체 바닥을 고정 하였을 때의 유량이 전반적으로 높았다. 이는 압전체의 변위량을 극대화하여 유체와 탄성체의 경계면의 변위량 등이 증가하였기 때문으로 분석되었다. 또한 상단 고정방식에서 2상 3상의 경우 평균 변위량은 유사하였으나 배압에서의 차이로 인해 유량차이가 나타났다. Simulation results show that the flow rate when the bottom of the piezoelectric body is fixed is higher than the condition that the entire piezoelectric body is not fixed. This is because the amount of displacement of the interface between the fluid and the elastic body is increased by maximizing the displacement of the piezoelectric body. Also, the average displacements in the two - phase and three - phase systems were similar in the upper fixed system, but the difference in flow rate was due to the difference in back pressure.

구동방식에 있어서는 평균유량에서 우수한 구동방식인 3상과 최대유량의 특성이 높은 4상을 적용분야에 맞게 상을 달리하여 활용될 수 있음을 보였다.As for the driving method, it is shown that the four-phase, which has excellent characteristics of the three-phase and the maximum flow, which are excellent in the average flow rate, can be used in different phases according to the application field.

도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 압전펌프를 도시한 개략적인 사시도이다. 본 발명의 제2실시예에 따른 압전펌프는 후술하는 바를 제외하고는 상술한 제1실시예와 동일할 수 있다.11 is a schematic perspective view showing a piezoelectric pump according to a second embodiment of the present invention. The piezoelectric pump according to the second embodiment of the present invention can be the same as the above-described first embodiment except for the following.

도 11을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 압전 펌프(200)는 유체가 유입되는 유체 유입구(231) 및 유체가 배출되는 유체 배출구(232)를 포함하는 탄성 챔버부(210), 상기 탄성 챔버부(210)의 외면에 배치되는 압전체부(221, 222)를 포함한다.11, the piezoelectric pump 200 according to the second embodiment of the present invention includes an elastic chamber part 210 including a fluid inlet 231 through which a fluid flows and a fluid outlet 232 through which fluid is discharged, And piezoelectric portions 221 and 222 disposed on the outer surface of the elastic chamber 210. [

이때, 상기 탄성 챔버부(210)는 상기 유체 유입구(231)와 상기 유체 배출구(232)와 연속적으로 형성되는 관로(231)를 포함한다.At this time, the elastic chamber 210 includes a channel 231 formed continuously with the fluid inlet 231 and the fluid outlet 232.

본 발명의 제2실시예에서, 상기 탄성 챔버부(210)는 원통형 형상일 수 있다.In the second embodiment of the present invention, the resilient chamber portion 210 may have a cylindrical shape.

계속해서, 도 11을 참조하면, 상기 압전체부는 원통형 형상인 상기 탄성 챔버부(210)의 외면을 따라 배치되는 링 형상일 수 있다.11, the piezoelectric unit may be in the shape of a ring arranged along the outer surface of the elastic chamber part 210 having a cylindrical shape.

즉, 본 발명의 제1실시예에서는 압전체부가 직육면체 형상인 탄성 챔버부의 각 4면에 배시되는 것을 설명하였으나, 본 발명의 제2실시예에서는 원통형 형상인 탄성 챔버부의 외면을 따라, 연속적으로 배치되는 링 형상으로 배치될 수 있다.In other words, in the first embodiment of the present invention, the piezoelectric body is divided into four sides of the rectangular parallelepiped elastic chamber portion. However, in the second embodiment of the present invention, the piezoelectric body is continuously arranged along the outer surface of the elastic- They can be arranged in a ring shape.

이때, 도면에서는 압전체부가 4개가 배치되어 있는 것으로 도시하고 있으나, 본 발명에서 이들 압전체부의 개수를 제한하는 것은 아니다.At this time, although four piezoelectric bodies are shown in the drawing, the number of piezoelectric bodies is not limited in the present invention.

한편, 배치된 각각의 압전체부 중 2개의 압전체부가 하나의 압전체를 이룰 수 있으며, 전원부(미도시)에서 각각 사인파와 코사인파를 인가할 수 있다.On the other hand, two piezoelectric parts of each of the disposed piezoelectric parts can form one piezoelectric body, and a sinusoidal wave and a cosine wave can be respectively applied in a power supply part (not shown).

이 경우, 상기 압전체부(221, 122)는 압전모터의 고정자(stator) 역할을 수행하여, 상술한 진행파를 발생시킨다. In this case, the piezoelectric bodies 221 and 122 serve as stator of the piezoelectric motor to generate the above-mentioned traveling wave.

상기 진행파는 상기 탄성 챔버부(210)에 연동운동을 발생시키고, 이 연동운동에 의하여 발생한 공간이 펌핑 작용을 하게 된다.The traveling wave generates a peristaltic motion in the elastic chamber part 210, and a space generated by the peristaltic motion causes a pumping action.

도 12a는 본 발명의 제3실시예에 따른 압전펌프를 도시한 개략적인 단면도이고, 도 12b는 본 발명의 제3실시예에 따른 압전펌프의 개폐부를 도시한 개략적인 도면이다. 본 발명의 제3실시예에 따른 압전펌프는 후술할 바를 제외하고는 상술한 제1실시예 또는 제2실시예와 동일할 수 있다.12A is a schematic cross-sectional view showing a piezoelectric pump according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 12B is a schematic view showing an opening and closing part of a piezoelectric pump according to a third embodiment of the present invention. The piezoelectric pump according to the third embodiment of the present invention can be the same as the first embodiment or the second embodiment described above except for the following.

먼저, 도 12a를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 압전펌프(300)는 유체가 유입되는 유체 유입구(331) 및 유체가 배출되는 유체 배출구(332)를 포함하는 탄성 챔버부(310), 상기 탄성 챔버부(310)의 외면에 배치되는 압전체부(321, 322)를 포함한다.12A, a piezoelectric pump 300 according to a third embodiment of the present invention includes an elastic chamber 310 including a fluid inlet 331 through which fluid flows and a fluid outlet 332 through which fluid is discharged And piezoelectric parts 321 and 322 disposed on the outer surface of the elastic chamber part 310. [

이때, 상기 탄성 챔버부(310)는 상기 유체 유입구(331)와 상기 유체 배출구(332)와 연속적으로 형성되는 관로(331)를 포함한다.The elastic chamber 310 includes a channel 331 formed continuously with the fluid inlet 331 and the fluid outlet 332.

본 발명의 제3실시예에서, 상기 탄성 챔버부(310)는 직육면체 형상일 수 있으며, 또한, 상술한 도 11에서와 같이 원통 형상일 수 있다.In the third embodiment of the present invention, the resilient chamber portion 310 may have a rectangular parallelepiped shape and may be cylindrical as in the above-described FIG.

계속해서, 도 12a를 참조하면, 상기 압전체부는 직육면체 형상인 상기 탄성 챔버부(310)의 제1면에 배치되는 제1압전체부(321a, 322a), 제2면에 배치되는 제2압전체부(미도시), 제3면에 배치되는 제3압전체부(321c, 322c) 및 제4면에 배치되는 제4압전체부(미도시)를 포함할 수 있다. 이는 제1실시예와 동일하므로, 이하 구체적인 설명은 생략하기로 한다.12A, the piezoelectric body portion includes first piezoelectric bodies 321a and 322a disposed on the first surface of the elastic chamber 310 having a rectangular parallelepiped shape, second piezoelectric bodies 321a and 322b disposed on the second surface, (Not shown), third piezoelectric portions 321c and 322c disposed on the third surface, and a fourth piezoelectric portion (not shown) disposed on the fourth surface. Since this is the same as the first embodiment, a detailed description will be omitted below.

한편, 상술한 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 탄성 챔버부는 원통 형상일 수 있으며, 이 경우, 상기 압전체부는 원통형 형상인 상기 탄성 챔버부(310)의 외면을 따라 배치되는 링 형상일 수 있다. 이는 제2실시예와 동일하므로, 이하 구체적인 설명은 생략하기로 한다.As described above, the elastic chamber part according to the third embodiment of the present invention may be in the form of a cylinder. In this case, the piezoelectric part may be a ring-shaped part disposed along the outer surface of the elastic chamber part 310, . Since this is the same as the second embodiment, a detailed description will be omitted below.

계속해서, 도 12a를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 압전 펌프는 상기 유체 유입구(331)를 개폐하는 제1개폐부(340) 및 상기 유체 배출구(332)를 개폐하는 제2개폐부(350)를 포함할 수 있다.12A, the piezoelectric pump according to the third embodiment of the present invention includes a first opening and closing part 340 for opening and closing the fluid inlet 331 and a second opening and closing part for opening and closing the fluid outlet 332 350).

즉, 상기 제1개폐부(340)의 개폐에 따라, 상기 유체 유입구(331)로 유체가 유입되는 것을 제어할 수 있고, 상기 제2개폐부(350)의 개폐에 따라, 상기 유체 배출구(332)로 유체가 배출되는 것을 제어할 수 있다.That is, it is possible to control the inflow of the fluid into the fluid inlet port 331 according to the opening and closing of the first opening and closing part 340, and to control the flow of the fluid to the fluid outlet port 332 It is possible to control the discharge of the fluid.

도 12b는 본 발명의 제3실시예에 따른 압전펌프의 개폐부를 도시한 개략적인 도면으로, 제1개폐부를 일예로 도시하고 있다.12B is a schematic view showing an opening / closing part of the piezoelectric pump according to the third embodiment of the present invention, and shows the first opening and closing part as an example.

도 12b를 참조하면, 상기 제1개폐부는 고정부(341) 및 상기 고정부(341)의 형상 변화에 따라 개폐되는 셔터부(342)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 12B, the first opening and closing part may include a fixing part 341 and a shutter part 342 which is opened and closed according to a change in shape of the fixing part 341.

즉, 상기 고정부(341)는 상기 탄성 챔버부(410)의 일측 끝단에 고정되어, 상기 탄성 챔버부(410)의 변형에 의해, 상기 고정부(341)의 형상도 변형이 가해지게 된다.That is, the fixing portion 341 is fixed to one end of the elastic chamber portion 410, and the shape of the fixing portion 341 is also deformed by the deformation of the elastic chamber portion 410.

이러한 고정부(342)의 변형에 의하여, 상기 셔터부(342)의 형상에도 변형이 가해지면서, 도 12b에 도시된 바와 같이, 상기 유체 유입구(331)를 개폐할 수 있다.By deforming the fixing portion 342, the shape of the shutter portion 342 is deformed, and the fluid inlet 331 can be opened and closed as shown in FIG. 12B.

한편, 도 12b에서는 제1개폐부만을 도시하고 있으나, 이는 제2개폐부도 동일하며, 이와 같은 구성에 의해, 상기 유체 배출구(332)를 개폐할 수 있다.12B shows only the first opening and closing part, but the second opening and closing part is also the same. With this structure, the fluid outlet 332 can be opened and closed.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

Claims (5)

유체가 유입되는 유체 유입구 및 유체가 배출되는 유체 배출구를 포함하는 탄성 챔버부; 및
상기 탄성 챔버부의 외면에 배치되는 압전체부를 포함하며,
상기 탄성 챔버부는 직육면체 형상 또는 원통형 형상인 것을 특징으로 하는 압전 펌프.
An elastic chamber portion including a fluid inlet through which the fluid flows and a fluid outlet through which the fluid is discharged; And
And a piezoelectric body portion disposed on an outer surface of the elastic chamber portion,
Wherein the elastic chamber portion has a rectangular parallelepiped shape or a cylindrical shape.
제 1 항에 있어서,
상기 탄성 챔버부는 상기 유체 유입구 및 상기 유체 배출구와 연속적으로 형성되는 관로를 더 포함하는 압전 펌프.
The method according to claim 1,
Wherein the elastic chamber portion further comprises a channel formed continuously with the fluid inlet and the fluid outlet.
제 1 항에 있어서,
상기 탄성 챔버부가 직육면체 형상인 경우, 상기 압전체부는 상기 탄성 챔버부의 제1면에 배치되는 제1압전체부, 제2면에 배치되는 제2압전체부, 제3면에 배치되는 제3압전체부 및 제4면에 배치되는 제4압전체부를 포함하는 압전 펌프.
The method according to claim 1,
When the elastic chamber portion has a rectangular parallelepiped shape, the piezoelectric portion includes a first piezoelectric portion disposed on a first surface of the elastic chamber portion, a second piezoelectric portion disposed on a second surface, a third piezoelectric portion disposed on a third surface, And a fourth piezoelectric part arranged on four sides.
제 1 항에 있어서,
상기 탄성 챔버부가 원통형 형상인 경우, 상기 압전체부는 원통형 형상인 상기 탄성 챔버부의 외면을 따라 배치되는 링 형상인 것을 특징으로 하는 압전 펌프.
The method according to claim 1,
Wherein when the elastic chamber portion has a cylindrical shape, the piezoelectric body portion has a ring shape disposed along an outer surface of the elastic chamber portion having a cylindrical shape.
제 1 항에 있어서,
상기 유체 유입구를 개폐하는 제1개폐부 및 상기 유체 배출구를 개폐하는 제2개폐부를 더 포함하며,
상기 제1개폐부는 제1고정부 및 상기 제1고정부의 형상 변화에 따라 개폐되는 제1셔터부를 포함하고,
상기 제2개폐부는 제2고정부 및 상기 제2고정부의 형상 변화에 따라 개폐되는 제2셔터부를 포함하는 압전 펌프.
The method according to claim 1,
A first opening and closing part for opening and closing the fluid inlet, and a second opening and closing part for opening and closing the fluid outlet,
Wherein the first opening and closing part includes a first fixing part and a first shutter part opened and closed in accordance with a change in shape of the first fixing part,
And the second opening and closing part includes a second shutter part that is opened and closed in accordance with a change in shape of the second fixing part and the second fixing part.
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