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JP2009281362A - Micropump - Google Patents

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JP2009281362A
JP2009281362A JP2008137011A JP2008137011A JP2009281362A JP 2009281362 A JP2009281362 A JP 2009281362A JP 2008137011 A JP2008137011 A JP 2008137011A JP 2008137011 A JP2008137011 A JP 2008137011A JP 2009281362 A JP2009281362 A JP 2009281362A
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JP
Japan
Prior art keywords
chamber
nozzle
outflow
channel
inflow
Prior art date
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Pending
Application number
JP2008137011A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuhiko Tanaka
克彦 田中
Thanh Van Dau
ダウ・タン・バン
Ryuhei Sakamoto
竜平 坂本
Susumu Sugiyama
進 杉山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ritsumeikan Trust
Original Assignee
Ritsumeikan Trust
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ritsumeikan Trust filed Critical Ritsumeikan Trust
Priority to JP2008137011A priority Critical patent/JP2009281362A/en
Publication of JP2009281362A publication Critical patent/JP2009281362A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

【課題】成形加工が容易で、かつ、小型化が可能なマイクロポンプを得ること。
【解決手段】基台2に形成されたチャンバ3と、該チャンバ3に形成されたチャンバノズル4と、前記チャンバ3の体積を増減させるチャンバ駆動部5と、前記チャンバノズル4の中心軸方向に形成された流出チャンネル7と、該流出チャンネル7の流出方向と異なる方向上に形成された流入チャンネル9と、前記流出チャンネル7の流出ノズル6と前記流入チャンネル9の流入ノズル8及びチャンバノズル4のそれぞれの開口が同じ交差空間部10に面するように配置され、前記チャンバノズル4から排出される流体の一部が前記流入チャンネル9を通過する際に流入する流体との衝突を回避するための回避空間部16が流入チャンネル9内に設けられ、前記流出チャンネル7よりも流入チャンネル9の流路抵抗が低くなるように流路抵抗に差を持たせたマイクロポンプ1。
【選択図】図1
To obtain a micropump that can be easily molded and can be miniaturized.
SOLUTION: A chamber 3 formed on a base 2, a chamber nozzle 4 formed in the chamber 3, a chamber driving unit 5 for increasing or decreasing the volume of the chamber 3, and a central axis direction of the chamber nozzle 4 The formed outflow channel 7, the inflow channel 9 formed in a direction different from the outflow direction of the outflow channel 7, the outflow nozzle 6 of the outflow channel 7, the inflow nozzle 8 of the inflow channel 9, and the chamber nozzle 4 Each opening is disposed so as to face the same intersecting space portion 10, and a part of the fluid discharged from the chamber nozzle 4 is for avoiding collision with the fluid flowing in when passing through the inflow channel 9. The avoidance space portion 16 is provided in the inflow channel 9 and the flow path resistance of the inflow channel 9 is lower than that of the outflow channel 7. Micro-pump 1 which gave the difference.
[Selection] Figure 1

Description

この発明はマイクロ化に適したバルブのない新しい動作原理に基づくマイクロポンプに関する。   The present invention relates to a micropump based on a new operating principle without valves suitable for microfabrication.

一般に気体、液体などの流体を搬送するために使用されているマイクロポンプは、流体の流入部、流出部、流体を一時的に溜めるためのチャンバと該チャンバの体積に変化を与えて流体を移動させるためのチャンバ駆動部で構成されている。
このような構成からなるマイクロポンプの従来例として、図9に示すようなデフューザ型ポンプ20がある。このデフューザ型ポンプ20は、基台21の中央内部にチャンバ22を形成し、このチャンバ22一方側が流入部23と繋がり、他方側が流出部24と繋がっている。チャンバ22はチャンバ22の体積に変化を与えるためのチャンバ駆動部25を有し、このチャンバ駆動部25はダイヤフラム26とこのダイヤフラム26に密着固定されて振動を与えるアクチュエータ27からなっている。又、前記流入部23は、チャンバ22に開口した流入ポート28から外側に向って縮径されている流入チャンネル29を通って外部へ開口した流入接続口30が図外の流体の供給源側と接続されている。従って、流入チャンネル29は外側へ向って径が縮小した円錐筒形状に形成されている。更に、前記流出部24は、チャンバ22に開口した流出ポート31から外側に向って拡径されている流出チャンネル32を通って外部へ開口した流出接続口33が図外の流体の送込み側と接続されている。従って、流出チャンネル32は外側に向って径が拡大した円錐筒形状に形成される(例えば、特許文献1)。
Micropumps that are generally used for transporting fluids such as gas and liquid move fluid by changing the inflow and outflow portions of the fluid, the chamber for temporarily storing the fluid, and the volume of the chamber. It is comprised with the chamber drive part for making it do.
As a conventional example of the micro pump having such a configuration, there is a diffuser type pump 20 as shown in FIG. The diffuser type pump 20 has a chamber 22 formed in the center of a base 21, and one side of the chamber 22 is connected to the inflow part 23 and the other side is connected to the outflow part 24. The chamber 22 has a chamber driving unit 25 for changing the volume of the chamber 22, and the chamber driving unit 25 includes a diaphragm 26 and an actuator 27 that is fixedly attached to the diaphragm 26 and applies vibrations. The inflow port 23 has an inflow connection port 30 that opens to the outside through an inflow channel 29 that is reduced in diameter outwardly from an inflow port 28 that opens to the chamber 22. It is connected. Accordingly, the inflow channel 29 is formed in a conical cylinder shape whose diameter is reduced outward. Further, the outflow portion 24 has an outflow connection port 33 that opens to the outside through an outflow channel 32 that is expanded outward from an outflow port 31 that opens to the chamber 22, and a fluid feeding side that is not shown in the drawing. It is connected. Therefore, the outflow channel 32 is formed in a conical cylinder shape whose diameter increases toward the outside (for example, Patent Document 1).

このような従来のデフューザ型ポンプ20によると、チャンバ駆動部25の正駆動によってチャンバ22の体積が増加すると、流入チャンネル29及び流出チャンネル32の双方を通じて流体がチャンバ22内に入るが、前述のように、流入チャンネル29の流入ポート28が流入接続口30に向って縮径されており、流出チャンネル32の流出ポート31が流出接続口33に向って拡径されているので、流入チャンネル29から流入ポート28を通じて流入する流体の量の方が流出チャンネル32から流出ポート31を通じて流入する流体の量よりも多い。逆に、チャンバ駆動部25の逆駆動によってチャンバ22の体積が減じると、流出チャンネル32から流出ポート31を通じて流出する流体の量の方が流入チャンネル29から流入ポート28を通じて流出する流体の量より多い。このような現象は、流体は大きな開口から小さな開口へと流れる流量の方が、小さな開口から大きな開口に向って流れる流量よりも小さくなるという流体の性質によるものである。上記のようなチャンバ駆動源25によるチャンバ22内の流体の移動により、相対的に流入チャンネル29を通じて入り込む流体の量が流出チャンネル32を通じて入り込む流体の量よりも多く、逆に、流出チャンネル32を通じて排出される流体の量が流入チャンネル29を通じて排出される流体の量よりも多いために、チャンバ駆動部25の正逆駆動を交互に続けることによって時間の経過と共に流入部23から流出部24へと流体が流れ、しいては、流体の供給源から送込み側へと流体を流すことになるのである。
特開2005−299597号公報
According to the conventional diffuser type pump 20, when the volume of the chamber 22 is increased by the positive drive of the chamber driving unit 25, the fluid enters the chamber 22 through both the inflow channel 29 and the outflow channel 32. In addition, since the inflow port 28 of the inflow channel 29 is reduced in diameter toward the inflow connection port 30 and the outflow port 31 of the outflow channel 32 is expanded in diameter toward the outflow connection port 33, The amount of fluid flowing through port 28 is greater than the amount of fluid flowing from outlet channel 32 through outlet port 31. Conversely, when the volume of the chamber 22 is reduced by reverse driving of the chamber drive unit 25, the amount of fluid flowing out from the outflow channel 32 through the outflow port 31 is larger than the amount of fluid flowing out from the inflow channel 29 through the inflow port 28. . Such a phenomenon is due to the nature of the fluid such that the flow rate of the fluid flowing from the large opening to the small opening is smaller than the flow rate flowing from the small opening to the large opening. Due to the movement of the fluid in the chamber 22 by the chamber drive source 25 as described above, the amount of fluid entering through the inflow channel 29 is relatively larger than the amount of fluid entering through the outflow channel 32, and conversely, the fluid is discharged through the outflow channel 32. Since the amount of fluid to be discharged is larger than the amount of fluid discharged through the inflow channel 29, the fluid is transferred from the inflow portion 23 to the outflow portion 24 over time by continuing the forward / reverse driving of the chamber drive portion 25 alternately. In other words, the fluid flows from the fluid supply source to the feeding side.
JP 2005-299597 A

上記した従来技術によると、逆止バルブが不要なために、構造が簡潔になり、且つ、耐久性の向上が見込まれるが、チャンバ22に流入部23と流出部24を個別に2つ形成する必要があるために、流入ポート28と流出ポート31の2個のポートが必要であり、チャンバ22の小型化を図る観点からは問題がある。また、流入チャンネル29と流出チャンネル32を3次元形状に形成する場合に、底面に傾斜加工が必要となるが、マイク加工では深さ方向の斜面加工は高精度には出来ないと言う問題点がある。   According to the above-described prior art, since the check valve is unnecessary, the structure is simplified and the durability is expected to be improved. However, two inflow portions 23 and two outflow portions 24 are formed in the chamber 22 individually. Since it is necessary, two ports of the inflow port 28 and the outflow port 31 are necessary, which is problematic from the viewpoint of reducing the size of the chamber 22. In addition, when the inflow channel 29 and the outflow channel 32 are formed in a three-dimensional shape, it is necessary to incline the bottom surface, but in the case of microphone processing, the incline processing in the depth direction cannot be performed with high accuracy. is there.

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その手段とするところは、請求項1の発明のマイクロポンプにおいては、基台に形成されたチャンバと、該チャンバに形成されたチャンバノズルと、前記チャンバの体積を増減させるチャンバ駆動部と、前記チャンバノズルの中心軸方向に形成された流出チャンネルと、該流出チャンネルの流出方向と異なる方向上に形成された流入チャンネルと、前記流出チャンネルの流出ノズルと前記流入チャンネルの流入ノズル及びチャンバノズルのそれぞれの開口が同じ交差空間部に面するように配置され、前記チャンバノズルから排出される流体の一部が前記流入チャンネルを通過する際に流入する流体との衝突を回避するための回避空間部が流入チャンネル内に設けられ、前記流出チャンネルよりも流入チャンネルの流路抵抗が低くなるように流路抵抗に差を持たせたことにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and its means is that, in the micropump of the invention of claim 1, a chamber formed in the base and a chamber formed in the chamber A nozzle, a chamber driving unit for increasing or decreasing the volume of the chamber, an outflow channel formed in a central axis direction of the chamber nozzle, an inflow channel formed in a direction different from the outflow direction of the outflow channel, and the outflow When the outlet of the channel and the openings of the inlet nozzle and the chamber nozzle of the inlet channel face the same intersecting space, a part of the fluid discharged from the chamber nozzle passes through the inlet channel. An avoidance space for avoiding a collision with the fluid flowing into the inflow channel is provided in the inflow channel, Flow resistance of the inlet channel than is that which gave a difference in flow path resistance to be lower.

請求項2の発明のマイクロポンプは、前記流路抵抗が、流出ノズルと流入ノズルの開口面積の差によるものであることにある。   In the micropump of the invention of claim 2, the flow path resistance is due to a difference in opening area between the outflow nozzle and the inflow nozzle.

更に、請求項3の発明のマイクロポンプは、前記チャンバ駆動部が、チャンバに設けたダイヤフラムとこのダイヤフラムを駆動する圧電アクチュエータであることにある。   Further, in the micropump according to the invention of claim 3, the chamber driving unit is a diaphragm provided in the chamber and a piezoelectric actuator for driving the diaphragm.

上記のこの発明の手段によると、チャンバ駆動部の正駆動によってチャンバの体積が増大すると、チャンバ内へ流体がチャンバノズルを通じて引き込まれるが、この時主として流入ノズルを通って流入チャンネルからチャンバ3内へ引き込まれる。流出ノズルを通って流出チャンネルからも引き込まれるが、流入チャンネルに較べれば流出チャンネルの流路抵抗が大きいために、流入チャンネルからの流体が多くチャンバ内に引き込まれる。   According to the above-mentioned means of the present invention, when the volume of the chamber is increased by the positive drive of the chamber driving unit, the fluid is drawn into the chamber through the chamber nozzle, and at this time, mainly through the inflow nozzle to the chamber 3 from the inflow channel. Be drawn. Although it is also drawn from the outflow channel through the outflow nozzle, since the flow resistance of the outflow channel is larger than that of the inflow channel, a large amount of fluid from the inflow channel is drawn into the chamber.

次に、チャンバ駆動部の逆駆動によって、チャンバの体積が減少すると、チャンバ内の流体がチャンバノズルを通じて押し出される。この押し出し出された流体の大部分は、チャンバノズルの中心軸方向に速度を持って押し出されるので、このチャンバノズルの中心軸方向のチャンバノズルに接近して設けられている流出ノズルに入って流出チャンネルを通って流れ出る。   Next, when the volume of the chamber is reduced by reverse driving of the chamber driving unit, fluid in the chamber is pushed out through the chamber nozzle. Most of the extruded fluid is pushed out at a speed in the direction of the central axis of the chamber nozzle, so that it enters the outflow nozzle provided close to the chamber nozzle in the direction of the central axis of the chamber nozzle and flows out. Flows through the channel.

チャンバノズルから押し出された一部分の流体は交差空間部から流入ノズルに入って流入チャンネルへ流れ出るが、この流入チャンネルには回避空間部が形成されているので、ここで押し出される流体と次の動作で流入される流体との大きな衝突が回避されて、流入される流体の量は大きく減じられることが回避される。   A part of the fluid pushed out from the chamber nozzle enters the inflow nozzle from the intersecting space and flows out to the inflow channel. Since the inflow channel is formed in the inflow channel, the fluid pushed out here and the next operation Large collisions with the incoming fluid are avoided and the amount of incoming fluid is avoided from being greatly reduced.

以上のように、チャンバ駆動部の正逆駆動の繰り返しによって、相対的に流体供給源と接続されている流入チャンネルからの流体は、このマイクロポンプを通じて流出チャンネルを通じて送り側へと押し出されてゆくことになり、マイクロポンプとしての機能を果たすことになる。   As described above, the fluid from the inflow channel that is relatively connected to the fluid supply source is pushed out to the feed side through the outflow channel through this micropump by repeating forward and reverse driving of the chamber drive unit. Therefore, it will function as a micropump.

従って、この発明のマイクロポンプは、従来技術と比較して、チャンバに開口したポートであるチャンバノズルは1個でよいので、全体として小型化を図ることが可能となる。
加えて、チャンバノズル、流出ノズル、流出チャンネル、流入ノズル、流入チャンネルなどの各構成要件は、上方から深さ方向に直角に削り取る加工方法でよいので、加工が容易となる利点がある。
Accordingly, the micropump of the present invention can be reduced in size as a whole because only one chamber nozzle, which is a port opened in the chamber, is required as compared with the prior art.
In addition, each constituent element such as the chamber nozzle, the outflow nozzle, the outflow channel, the inflow nozzle, and the inflow channel may be a processing method that scrapes off from above at a right angle to the depth direction, and thus has an advantage that processing is easy.

また、前記流出チャンネル、流入チャンネルの流路抵抗の差が、それぞれの流出ノズル、流入ノズルの開口面積の差によるものである場合には、加工が簡単である利点がある。   Further, when the difference in flow resistance between the outflow channel and the inflow channel is due to the difference in the opening area of the outflow nozzle and the inflow nozzle, there is an advantage that the processing is simple.

更に又、チャンバ駆動部が、ダイヤフラムと圧電アクチュエータである場合には、電圧を正逆交互に切り替えることによって、駆動させることが可能となるので、簡単な装置でマイクロポンプを構成することができる。   Furthermore, when the chamber drive unit is a diaphragm and a piezoelectric actuator, it can be driven by switching the voltage alternately between forward and reverse, so that a micropump can be configured with a simple device.

この発明の最良の実施の形態について以下図1乃至8に基づいて説明する。この発明のマイクロポンプ1は、図1、2に良く現れているように、基台2の一面側において、略中央部分に形成された所定の体積を有するチャンバ3と、該チャンバ3の一部を切欠いて形成したチャンバ3内の流体の出入口となるチャンバノズル4と、前記チャンバ3の体積を増減させるチャンバ駆動部5と、前記チャンバノズル4の中心軸方向の外側に形成された流出ノズル6を有する流出チャンネル7と、該流出チャンネル7の流出方向と異なる方向に形成された流入ノズル8を有する流入チャンネル9と、を具備している。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to FIGS. As shown well in FIGS. 1 and 2, the micropump 1 of the present invention includes a chamber 3 having a predetermined volume formed in a substantially central portion on one surface side of the base 2, and a part of the chamber 3. A chamber nozzle 4 serving as a fluid inlet / outlet of the chamber 3 formed by cutting out the chamber 3, a chamber driving unit 5 for increasing / decreasing the volume of the chamber 3, and an outflow nozzle 6 formed outside the chamber nozzle 4 in the central axis direction. And an inflow channel 9 having an inflow nozzle 8 formed in a direction different from the outflow direction of the outflow channel 7.

そして、前記流出ノズル6、流入ノズル8及びチャンバノズル4が、チャンバノズル4の近辺で同じ交差空間部10内において面するように配置されている。又、前記基台2の深さ方向に加工された前記各構成要件を具備している一面側は、蓋部材11によって覆われて密封されている。前記チャンバ駆動部5はこの蓋部材11の反対側のチャンバ3の開口部分を密封するように覆っている。   The outflow nozzle 6, the inflow nozzle 8, and the chamber nozzle 4 are arranged in the vicinity of the chamber nozzle 4 so as to face in the same intersecting space portion 10. Further, one side of the base 2 that includes the constituent elements processed in the depth direction is covered and sealed with a lid member 11. The chamber driving unit 5 covers the opening of the chamber 3 on the opposite side of the lid member 11 so as to be sealed.

前記チャンバ駆動部5は、チャンバ3の体積に変化を与えて内部の流体を増減するもので、チャンバ3を覆うダイヤフラム12とこのダイヤフラム12に振動を与えて駆動させるアクチュエータ13からなっている。アクチュエータ13は、静電アクチュエータ、圧電アクチュエータ、熱アクチュエータ、電磁アクチュエータなどが用いられるが、圧電アクチュエータを使用した場合には、電圧を正逆交互に切り替えることによって、駆動させることが可能となるので、簡単な装置でマイクロポンプを構成することができる。   The chamber driving unit 5 changes the volume of the chamber 3 to increase or decrease the internal fluid. The chamber driving unit 5 includes a diaphragm 12 that covers the chamber 3 and an actuator 13 that vibrates and drives the diaphragm 12. The actuator 13 is an electrostatic actuator, a piezoelectric actuator, a thermal actuator, an electromagnetic actuator, or the like, but when a piezoelectric actuator is used, it can be driven by switching the voltage alternately forward and reverse. A micropump can be configured with a simple device.

前記流出チャンネル7は、前記チャンバノズル4の中心軸方向のチャンバ3と少しの距離だけ離れた位置にその入口に相当する前記流出ノズル6がチャンバノズル4と向かい合って配置されている。この流出チャンネル7の出口に相当する流出接続口14は基台2の一端側に設けられており、この流出接続口14から流体が必要な送込み側へと接続結合される。   In the outflow channel 7, the outflow nozzle 6 corresponding to the inlet of the outflow channel 7 faces the chamber nozzle 4 at a position slightly away from the chamber 3 in the central axis direction of the chamber nozzle 4. An outflow connection port 14 corresponding to the outlet of the outflow channel 7 is provided on one end side of the base 2, and is connected and connected from the outflow connection port 14 to a feeding side where fluid is required.

前記流入チャンネル9は、チャンバ3の外周囲の2方向からチャンバノズル4に至までの間に形成されており、前記基台2の他端側に形成している流入接続口15に接続している図外の流体供給源から供給される流体の出口となる前記流入ノズル8は、前記チャンバノズル4の前方の開口を挟んで相対向する位置に形成されている。この実施形態では、前記流出チャンネル7の流出方向とは略直角方向の位置となっているが、これに限定されることなく、流出チャンネル7の流出方向と異なる方向であればよい。   The inflow channel 9 is formed between two directions from the outer periphery of the chamber 3 to the chamber nozzle 4, and is connected to an inflow connection port 15 formed on the other end side of the base 2. The inflow nozzle 8 serving as an outlet of the fluid supplied from a fluid supply source (not shown) is formed at a position facing each other across the opening in front of the chamber nozzle 4. In this embodiment, the flow direction of the outflow channel 7 is substantially perpendicular to the outflow direction, but the present invention is not limited to this, and any direction different from the outflow direction of the outflow channel 7 may be used.

しかし、チャンバノズル4の中心軸方向と流入チャンネル9の流入ノズル8の中心軸方向のなす角度は、チャンバノズル4の中心軸方向と流出チャンネル7の流出ノズル6の中心軸方向のなす角度よりは大きくなるようにして、チャンバノズル4から排出された速度のある流体が、流出ノズル6へより多く流入するようにしておく必要がある。このために、チャンバノズル4の大きさ、即ち、開口面積は、流出ノズル6よりも小さく、又、流入チャンネル9の流路抵抗を流出チャンネル7の流路抵抗よりも小さくするために、流出ノズル6の開口面積は、流入ノズル8の開口面積よりも小さくしておくことが好ましい。なお、流出ノズル6付近の流出チャンネル7と流入ノズル8付近の流入チャンネル9は、直線状に形成して流路抵抗を少なくしておくことが望ましい。   However, the angle formed by the central axis direction of the chamber nozzle 4 and the central axis direction of the inflow nozzle 8 of the inflow channel 9 is larger than the angle formed by the central axis direction of the chamber nozzle 4 and the central axis direction of the outflow nozzle 6 of the outflow channel 7. It is necessary to increase the flow rate of the fluid discharged from the chamber nozzle 4 to the outflow nozzle 6 so as to increase. Therefore, the size of the chamber nozzle 4, that is, the opening area is smaller than that of the outflow nozzle 6, and the outflow nozzle 9 is used in order to make the flow path resistance of the inflow channel 9 smaller than that of the outflow channel 7. 6 is preferably smaller than the opening area of the inflow nozzle 8. The outflow channel 7 in the vicinity of the outflow nozzle 6 and the inflow channel 9 in the vicinity of the inflow nozzle 8 are preferably formed in a straight line to reduce the flow resistance.

更に又、流入チャンネル9の流路抵抗は、流出チャンネル7の流路抵抗より小さくなるように形成されている。この実施形態においては、流入チャンネル9が2つあって、夫々の流路の断面積の合計及び流入ノズル8の開口断面積の合計が、流出チャンネル7の流路の断面積及び流出ノズル6の開口断面積よりも夫々大きくなるように形成されている。このような実施形態以外の態様としては、流入チャンネル9や流出チャンネル7の内部壁面に異なる凹凸を形成して流路抵抗に差を生じさせる、各チャンネル7、9を異なる曲線状に形成して流路抵抗に差を生じさせる、流出接続口14や流入接続口15に接続する流体供給源や送込み側のものに異なる抵抗を持たせる、などの手段によるもの、或いはこれらの組み合わせであっても良い。   Furthermore, the flow resistance of the inflow channel 9 is formed to be smaller than the flow resistance of the outflow channel 7. In this embodiment, there are two inflow channels 9, and the total cross-sectional area of each flow path and the total opening cross-sectional area of the inflow nozzle 8 are the cross-sectional area of the outflow channel 7 and the outflow nozzle 6. Each is formed so as to be larger than the opening cross-sectional area. As an aspect other than such an embodiment, the channels 7 and 9 are formed in different curvilinear shapes that form different irregularities on the inner wall surfaces of the inflow channel 9 and the outflow channel 7 to cause a difference in flow resistance. By means such as causing a difference in flow path resistance, giving different resistance to the fluid supply source connected to the outflow connection port 14 or the inflow connection port 15 or the one on the infeed side, or a combination thereof Also good.

更に、流入チャンネル9の数は、2つに限定されることなく、1つ又は3以上であっても良い。複数の場合には、各流入チャンネル9の合計した流路抵抗と流出チャンネル7の流路抵抗と比較し判断する。同様に、流出チャンネル7の数も2つ以上あってもよく、この場合も各流出チャンネル7の合計した流路抵抗と比較して判断する。   Furthermore, the number of inflow channels 9 is not limited to two, but may be one or three or more. In the case of a plurality, the total flow resistance of each inflow channel 9 is compared with the flow resistance of the outflow channel 7 for determination. Similarly, the number of outflow channels 7 may be two or more. In this case, the determination is made by comparing with the total flow resistance of each outflow channel 7.

このように、流入チャンネル9の流路抵抗を流出チャンネル7の流路抵抗よりも小さくすることによって、チャンバノズル4からの引き込み時においては、流入チャンネル9からの引き込み量が流出チャンネル7の引き込み量より多くなるようにしている。   In this way, by making the flow resistance of the inflow channel 9 smaller than the flow resistance of the outflow channel 7, the pull-in amount from the inflow channel 9 is the pull-in amount of the outflow channel 7 when pulling in from the chamber nozzle 4. Try to be more.

流入チャンネル9には、流入接続口15に接続されている図外の流体供給源から引き込まれる流体とチャンバノズル4から排出された流体の一部との大きな衝突を緩和し回避するために、流入ノズル8に近い流入チャンネル9に断面積が他の部分よりも大きい回避空間部16が形成されている。流入チャンネル9内を交互に反対方向に流体が通過するようにチャンバ駆動部5によって制御されているが、流体の通過には時間を要するので、入りと出の流体の速度が零となる以前に切り替えが行われる。このために、これら入りと出の流体が流入チャンネル9内で衝突を惹起して実質的に流路抵抗を増大させる要因となるために、流入チャンネル9内の一部に断面積が他の箇所の流入チャンネル9の断面積よりも大きい回避空間部16を形成して、これら衝突による流路抵抗を弱める作用をもたらしめているのである。   The inflow channel 9 has an inflow in order to mitigate and avoid a large collision between a fluid drawn from a fluid supply source (not shown) connected to the inflow connection port 15 and a part of the fluid discharged from the chamber nozzle 4. In the inflow channel 9 close to the nozzle 8, an avoidance space 16 having a larger cross-sectional area than other portions is formed. Although it is controlled by the chamber drive unit 5 so that the fluid passes through the inflow channel 9 alternately in the opposite direction, it takes time for the fluid to pass, so before the velocity of the fluid entering and exiting becomes zero Switching takes place. For this reason, since the fluid entering and exiting causes a collision in the inflow channel 9 and substantially increases the flow path resistance, the cross-sectional area of the inflow channel 9 may be in other locations. The avoidance space 16 larger than the cross-sectional area of the inflow channel 9 is formed, and the effect of weakening the flow path resistance due to these collisions is brought about.

前記チャンバノズル4、流出ノズル6及び流入ノズル8は、同じ交差空間部10に開口して面するように配置されているので、チャンバ3からの流体の出入りはこの1つのチャンバノズル4を通じて行われると共に、逆止バルブを設けない構造となっている。そして、この実施形態においては、チャンバノズル4と流出ノズル6が流入ノズル8の幅方向の長さを空けて相対向して形成されている。前記各ノズルは、基台2を平面的に深さ方向に切削加工して溝状になっているが、その深さ方向の距離は同一である必要はなく、例えば、流入ノズル8の開口面積を大きくするためにより深く削り取った構造にしても良い。いずれにしても、交差空間部10における各ノズルは、基台2の上方から切削し易い段差状に形成されているので、加工が容易な構造となっている。また、チャンバ3、流出チャンネル7、流入チャンネル9も上方からの深さ方向の削りだけで形成されるので、マイクロポンプ1全体としても加工が容易な構造となっている。   The chamber nozzle 4, the outflow nozzle 6, and the inflow nozzle 8 are arranged so as to open and face the same intersecting space portion 10, so that the fluid enters and exits from the chamber 3 through this one chamber nozzle 4. In addition, the check valve is not provided. In this embodiment, the chamber nozzle 4 and the outflow nozzle 6 are formed to face each other with a length in the width direction of the inflow nozzle 8. Each of the nozzles is formed in a groove shape by cutting the base 2 in the depth direction in a plane, but the distance in the depth direction does not have to be the same, for example, the opening area of the inflow nozzle 8 It is also possible to make a structure that is deeply cut to increase the size. In any case, each nozzle in the intersection space 10 is formed in a stepped shape that is easy to cut from above the base 2, and thus has a structure that can be easily processed. Further, since the chamber 3, the outflow channel 7 and the inflow channel 9 are also formed only by cutting in the depth direction from above, the micropump 1 as a whole can be easily processed.

以上の構成からなるこの発明のマイクロポンプ1の動作について、図5乃至図8に基づいて説明する。まず、図5において示す第1次吸入について説明する。チャンバ駆動部5のアクチュエータ13が圧電アクチュエータである場合には、駆動電圧を印加することによって、ダイヤフラム12が矢印A方向に変形して、チャンバ3の体積が増大すると、図外の流体供給源と接続されている流入接続口15から流入チャンネル9、流入ノズル8、交差空間部10及びチャンバノズル4を通じて流体がチャンバ3内に引き込まれる。この時、流出チャンネル7からも流出ノズル6、交差空間部10及びチャンバノズル4を通じてチャンバ3内へ一部の流体が引き込まれるが、流入チャンネル9の流路抵抗が流出チャンネル7の流路抵抗よりも小さいことから、流出チャンネル7からの流体よりも流入チャンネル9からの流体の方がより多くチャンバ3内に引き込まれることとなる。この第1次吸入においては、流入チャンネル9及び流出チャンネル7において、逆方向の流体の流れは生じていない。   The operation of the micropump 1 of the present invention having the above configuration will be described with reference to FIGS. First, the primary inhalation shown in FIG. 5 will be described. When the actuator 13 of the chamber drive unit 5 is a piezoelectric actuator, when the diaphragm 12 is deformed in the direction of arrow A by applying a drive voltage and the volume of the chamber 3 is increased, a fluid supply source (not shown) The fluid is drawn into the chamber 3 from the connected inflow connection port 15 through the inflow channel 9, the inflow nozzle 8, the cross space 10, and the chamber nozzle 4. At this time, a part of the fluid is also drawn into the chamber 3 from the outflow channel 7 through the outflow nozzle 6, the intersecting space portion 10 and the chamber nozzle 4, but the flow path resistance of the inflow channel 9 is greater than the flow path resistance of the outflow channel 7. Therefore, more fluid from the inflow channel 9 is drawn into the chamber 3 than fluid from the outflow channel 7. In this primary suction, no reverse fluid flow occurs in the inflow channel 9 and the outflow channel 7.

次に、図6に示す第1次排出について説明する。チャンバ駆動部5のアクチュエータ13に逆駆動電圧を印加することによって、ダイヤフラム12が矢印B方向に変形して、チャンバ3の体積が減少すると、チャンバノズル4、流出ノズル6、流出チャンネル7及び流出接続口14を通じて流体が排出される。この時、流入チャンネル9からもチャンバノズル4、交差空間部10、流入ノズル8を通じて流体が排出されるが、流出ノズル6の開口がチャンバノズル4の中心軸方向であるので、チャンバノズル4から排出される流体はその流出速度によってチャンバノズル4の中心軸方向へ排出されて行く。このために、多くの流体は交差空間部10を直進して流出ノズル6から流出チャンネル7へと排出されて行く。一部の流体は交差空間部10においてチャンバノズル4と略直交した位置に開口している流入ノズル8を通じて流入チャンネル9へも排出されるが、この流入チャンネル9には断面積の大きい回避空間部16が形成されているので、ここにおいて、排出される流体の速度が減少されると共に、時差によって逆方向から流入する流体との真正面からの衝突を回避され流入する流体と一体となって次工程でチャンバ3内へと引き込まれて行く。   Next, the primary discharge shown in FIG. 6 will be described. When the diaphragm 12 is deformed in the direction of arrow B by applying a reverse drive voltage to the actuator 13 of the chamber drive unit 5 and the volume of the chamber 3 is reduced, the chamber nozzle 4, the outflow nozzle 6, the outflow channel 7 and the outflow connection Fluid is discharged through the mouth 14. At this time, fluid is also discharged from the inflow channel 9 through the chamber nozzle 4, the intersecting space portion 10, and the inflow nozzle 8, but since the opening of the outflow nozzle 6 is in the central axis direction of the chamber nozzle 4, the fluid is discharged from the chamber nozzle 4. The fluid to be discharged is discharged toward the central axis of the chamber nozzle 4 by the outflow speed. For this reason, a lot of fluid goes straight through the intersection space 10 and is discharged from the outflow nozzle 6 to the outflow channel 7. A part of the fluid is also discharged into the inflow channel 9 through the inflow nozzle 8 that opens at a position substantially orthogonal to the chamber nozzle 4 in the intersecting space portion 10. The inflow channel 9 has an avoidance space portion having a large cross-sectional area. 16 is formed, the speed of the fluid to be discharged is reduced here, and the collision with the fluid flowing in from the opposite direction is avoided due to the time difference, and the next process is integrated with the flowing fluid. Then it is drawn into the chamber 3.

第2次以降の吸入は、図7に示すように、第1次と同様に行われるが、この時、流入チャンネル9には逆方向の流体の流れが残っているために、流入接続口15から吸入した流体の速度は回避空間部16において交ざりあってその速度が一部減じられるものの、多くの吸入された流体は流入ノズル8、交差空間部10を通じてチャンバノズル4からチャンバ3内へと吸入される。又、流出チャンネル7内にある流体の一部も流出ノズル6、交差空間部10を経てチャンバノズル4からチャンバ3内へ吸入される。しかし、チャンバノズル4から速度を持って流体が排出されているので、流出チャンネル7内においてもその速度をある程度維持しつつ流出接続口14方向へと進んでおり、この状態で逆方向の吸入の作用が生じたとしても急には方向転換し難く、加えて、流出チャンネル7の流路抵抗は流入チャンネル9の流路抵抗よりも大きいことから、流出チャンネル7からの吸入量は僅かである。
同様に、第2次以降の排出も、相対的に前述のように流出ノズル6から流出チャンネル7を経由して排出される。
As shown in FIG. 7, the second and subsequent suctions are performed in the same manner as the first, but at this time, since the flow of fluid in the reverse direction remains in the inflow channel 9, the inflow connection port 15 Although the speed of the fluid sucked from the crossing in the avoidance space 16 is partially reduced, a large amount of the sucked fluid passes from the chamber nozzle 4 into the chamber 3 through the inflow nozzle 8 and the cross space 10. Inhaled. A part of the fluid in the outflow channel 7 is also sucked into the chamber 3 from the chamber nozzle 4 through the outflow nozzle 6 and the intersecting space 10. However, since the fluid is discharged from the chamber nozzle 4 at a speed, the flow proceeds in the direction of the outflow connection port 14 while maintaining the speed in the outflow channel 7 to some extent. Even if an action occurs, it is difficult to change direction suddenly. In addition, since the flow resistance of the outflow channel 7 is larger than the flow resistance of the inflow channel 9, the amount of suction from the outflow channel 7 is small.
Similarly, secondary and subsequent discharges are also discharged from the outflow nozzle 6 via the outflow channel 7 as described above.

このようなチャンバ駆動部5の作用によって、吸入と排出の動作を繰り返し行なわれて、流体が流入接続口15から流出接続口14へと連続して送り込まれるのである。なお、流体としては、気体、液体のいずれであっても良い。   By such an action of the chamber drive unit 5, the suction and discharge operations are repeatedly performed, and the fluid is continuously sent from the inflow connection port 15 to the outflow connection port 14. The fluid may be either gas or liquid.

この発明のマイクロポンプは、マイクロマシンなどの微小な装置における気体や液体の供給に有効に活用できるので、将来のマイクロ応用技術に対する利用価値は極めて高い有用な発明である。   Since the micropump of the present invention can be effectively used for supplying gas and liquid in a micro device such as a micromachine, it is a useful invention with extremely high utility value for future micro application technology.

本発明のマイクロポンプの実施形態の全体斜視説明図Overall perspective view of an embodiment of a micropump of the present invention 図1のX−X線断面図XX sectional view of FIG. 図1の要部拡大図1 is an enlarged view of the main part of FIG. 図3の平面図Plan view of FIG. 第1次吸入の要部における斜視及び断面説明図Perspective view and cross-sectional explanatory diagram of the main part of the primary inhalation 第1次排出の要部における斜視及び断面説明図Perspective view and cross-sectional explanatory view of the main part of the primary discharge 第2次以降の吸入の要部における斜視及び断面説明図Perspective view and cross-sectional explanatory diagram of the main part of the second and subsequent inhalations 第2次以降の排出の要部における斜視及び断面説明図Perspective view and cross-sectional explanatory diagram of the main part of the second and subsequent discharges 従来のマイクロポンプの断面説明図Cross-sectional illustration of a conventional micropump

符号の説明Explanation of symbols

1 マイクロポンプ
2 基台2
3 チャンバ
4 チャンバノズル
5 チャンバ駆動部
6 流出ノズル
7 流出チャンネル
8 流入ノズル
9 流入チャンネル
10 交差空間部
11 蓋部材
12 ダイヤフラム
13 アクチュエータ
14 流出接続口
15 流入接続口
16 回避空間部
1 Micropump 2 Base 2
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Chamber 4 Chamber nozzle 5 Chamber drive part 6 Outflow nozzle 7 Outflow channel 8 Inflow nozzle 9 Inflow channel 10 Crossing space part 11 Cover member 12 Diaphragm 13 Actuator 14 Outflow connection port 15 Inflow connection port 16 Avoidance space part

Claims (3)

基台に形成されたチャンバと、該チャンバに形成されたチャンバノズルと、前記チャンバの体積を増減させるチャンバ駆動部と、前記チャンバノズルの中心軸方向に形成された流出チャンネルと、該流出チャンネルの流出方向と異なる方向上に形成された流入チャンネルと、前記流出チャンネルの流出ノズルと前記流入チャンネルの流入ノズル及びチャンバノズルのそれぞれの開口が同じ交差空間部に面するように配置され、前記チャンバノズルから排出される流体の一部が前記流入チャンネルを通過する際に流入する流体との衝突を回避するための回避空間部が流入チャンネル内に設けられ、前記流出チャンネルよりも流入チャンネルの流路抵抗が低くなるように流路抵抗に差を持たせたことを特徴とするマイクロポンプ。   A chamber formed in the base, a chamber nozzle formed in the chamber, a chamber driving unit for increasing or decreasing the volume of the chamber, an outflow channel formed in the central axis direction of the chamber nozzle, and the outflow channel An inflow channel formed in a direction different from the outflow direction, and an outflow nozzle of the outflow channel, an inflow nozzle of the inflow channel, and an opening of the chamber nozzle are disposed so as to face the same intersecting space portion, and the chamber nozzle An avoidance space is provided in the inflow channel for avoiding a collision with a fluid flowing in when a part of the fluid discharged from the inflow channel passes through the inflow channel, and the flow resistance of the inflow channel is more than the outflow channel. A micropump characterized by having a difference in flow path resistance so as to reduce the flow rate. 前記流路抵抗が、流出ノズルと流入ノズルの開口面積の差によるものであることを特徴とする請求項1に記載のマイクロポンプ。   The micropump according to claim 1, wherein the flow path resistance is based on a difference in opening area between the outflow nozzle and the inflow nozzle. 前記チャンバ駆動部が、チャンバに設けたダイヤフラムとこのダイヤフラムを駆動する圧電アクチュエータであることを特徴とする請求項1又は2記載のマイクロポンプ。   3. The micropump according to claim 1, wherein the chamber driving unit is a diaphragm provided in the chamber and a piezoelectric actuator for driving the diaphragm.
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