JP2006097600A - Valve mechanism allowing flow in both directions and variable displacement type pump structure using the same - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a variable displacement type pump structure including a valve mechanism capable of easily reversing flow direction. <P>SOLUTION: A valve seat formed out of elastic material to have a disk shape valve part provided with hole parts on left and right and having a disk shape valve part formed as one unit therein is retained by a valve plate which is a rigid body to construct a movable valve part, and a shaft part is provided on a center between the valve parts. Consequently, flow direction can be freely changed over by seesaw action of the valve plate retaining the valve seat having a fulcrum on the shaft part. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ダイアフラムポンプ等における、双方向に送流可能なバルブ機構を有する容積変動型ポンプ構造に関する。   The present invention relates to a variable volume pump structure having a valve mechanism capable of bidirectional flow in a diaphragm pump or the like.

従来、容積変動型ポンプとしては、ピストンやダイアフラム等を用いたものが一般的に知られているが、なかでも、微量な液体を送液するマイクロポンプには数多くの機構原理が存在し、例えば弁機構においてはリードバルブ型、バルブレス型などがあり、又、駆動系では小型モータを用いたダイヤフラム型、ピストン型などの機構を有するマイクロポンプが以前から一般的に知られている（特許文献１）。この種のマイクロポンプは、医療機器及び化学分析機器の微量流体供給装置として、薬液の定量注入や反応混合ガス等の流体物を搬送するために用いられ、現在、より高精度な制御ができる小型で汎用性のあるマイクロポンプの開発が進められている。   Conventionally, as a volume-variable pump, a pump using a piston, a diaphragm, or the like is generally known, but among them, a micropump for feeding a small amount of liquid has many mechanism principles, for example, There are a reed valve type and a valveless type in the valve mechanism, and a micropump having a mechanism such as a diaphragm type and a piston type using a small motor in the drive system has been generally known (Patent Document 1). ). This type of micropump is used as a microfluid supply device for medical equipment and chemical analysis equipment, and is used for transporting fluids such as quantitative injection of chemicals and reaction gas mixtures, and is now a compact that can be controlled with higher accuracy. The development of versatile micro pumps is underway.

図３は、本出願人が先に出願した従来タイプのダイヤフラム型マイクロポンプの一例である（特許文献２）。図示したマイクロポンプ１０は、駆動部側として、例えばコアレスモータなどの小型モータ１１を駆動源とし、前記小型モータ１１の駆動軸１２と、前記駆動軸１１に備えられたエキセントリック１３と、前記エキセントリック１３と摺動するコネクティングスライダ１４からなる前記駆動軸１２の回転運動を往復ピストン運動に変換するスライダ・カム機構１５と、スライダーケース１６より構成され、また、ポンプ部側としては、吸入口１７と排出口１８を備えるバルブヘッド部１９と、吸排出用のバルブ２０をそれぞれ１箇所ずつ有するバルブケース２１部と、ダイアフラム２２と、前記ダイアフラム２２を前記バルブケース２１部に固定するダイアフラムマウント２３から概略構成されている。   FIG. 3 shows an example of a conventional diaphragm type micropump previously filed by the present applicant (Patent Document 2). The illustrated micropump 10 uses a small motor 11 such as a coreless motor as a drive source on the drive unit side, a drive shaft 12 of the small motor 11, an eccentric 13 provided on the drive shaft 11, and the eccentric 13 And a slider-cam mechanism 15 for converting the rotational motion of the drive shaft 12 composed of a connecting slider 14 that slides into a reciprocating piston motion, and a slider case 16. Schematic configuration from a valve head portion 19 having an outlet 18, a valve case 21 portion having one intake / exhaust valve 20, a diaphragm 22, and a diaphragm mount 23 for fixing the diaphragm 22 to the valve case 21 portion. Has been.

また、上記マイクロポンプ１０の作動原理は次のとおりである。前記ポンプヘッド部２５には、図３の正面断面図（ａ）に示すように、合成ゴムなどの弾性シート材からなる円盤状の前記ダイヤフラム２２を用い、その円外周部は前記バルブケース部２１の最外郭径の円周部で前記ダイアフラムマウント２３に保持されることにより、流体を一時的に溜めるポンプ室２６が形成される。また、前記ダイヤフラムフット２４は、上下方向に往復運動する前記コネクティングスライダ１４の先端にネジ締結され、弾性変形して振幅のある動きが可能となる。   The operating principle of the micropump 10 is as follows. As shown in the front sectional view (a) of FIG. 3, the pump head portion 25 uses the disk-shaped diaphragm 22 made of an elastic sheet material such as synthetic rubber, and the outer circumferential portion of the pump head portion 25 is the valve case portion 21. A pump chamber 26 for temporarily storing fluid is formed by being held by the diaphragm mount 23 at the circumference of the outermost outer diameter. The diaphragm foot 24 is screwed to the tip of the connecting slider 14 that reciprocates in the vertical direction, and is elastically deformed to enable movement with amplitude.

以上より、前記マイクロポンプ１０は、コネクティングスライダ１４によってダイヤフラム２２の中央平面部分を上下に変位させて前記ポンプ室２６の容積を増減させ、その際に発生する圧力変動を利用して、流体を吸入口１７から排出口１８まで、一連の動作を繰り返して一方向に流体を送流する事を特徴とするポンプである。
特開昭６２−２９１４８４ 特開２００１−０１２３５６ As described above, the micropump 10 increases or decreases the volume of the pump chamber 26 by vertically displacing the central plane portion of the diaphragm 22 by the connecting slider 14, and sucks fluid by using the pressure fluctuation generated at that time. The pump is characterized in that a fluid is sent in one direction by repeating a series of operations from the port 17 to the discharge port 18.
JP 62-291484 A JP2001-012356

しかしながら、従来タイプのダイヤフラム型マイクロポンプにおけるバルブ機構では、バルブの向きが固定されており、流路は一方向にしか流れず、またそのバルブは内部に組込まれている為、その構造を交換するのも容易ではなく、逆流させることは不可能であった。   However, in the valve mechanism in the conventional type diaphragm type micro pump, the direction of the valve is fixed, the flow path flows only in one direction, and the valve is built in, so the structure is exchanged. It was not easy, and it was impossible to reverse flow.

したがって、本発明は、上記の問題点を解決し、バルブ機構を簡易化し、容易に送流方向を逆流させることを可能としたバルブ機構を有する容積変動型ポンプ構造を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a variable volume pump structure having a valve mechanism that solves the above problems, simplifies the valve mechanism, and allows the flow direction to be easily reversed. .

請求項１記載の発明は、吸引口と吐出口を有し、ダイアフラムやピストン等の往復運動によってポンプ室内外に圧力差を発生させることにより、ポンプ機能を有する容積変動型ポンプのバルブ機構において、弾性材からなる、左右対称に２ヵ所のバルブ部を設けたバルブシートを、少なくとも１枚の剛体からなるバルブプレートで保持し、その中心部に軸部を設け、その軸部を支点として、シーソー動作を行うことを特徴とするバルブ機構である。   The invention of claim 1 has a suction port and a discharge port, and generates a pressure difference inside and outside the pump chamber by a reciprocating motion of a diaphragm, a piston, etc. A valve seat made of elastic material and provided with two symmetrical valve parts is held by a valve plate made of at least one rigid body. A shaft part is provided at the center part of the valve seat. A valve mechanism characterized by performing an operation.

バルブ機構がシーソー動作を行うことにより、流体の送液方向を変換することができる。   When the valve mechanism performs a seesaw operation, the fluid feeding direction can be changed.

請求項２記載の発明は、請求項１記載のバルブ機構において、前記バルブシートを２枚の前記バルブプレートによって挟み込み、保持することを特徴とするバルブ機構である。   A second aspect of the present invention is the valve mechanism according to the first aspect, wherein the valve seat is sandwiched and held by the two valve plates.

２枚のバルブプレートによって、バルブシートを挟み込むことにより、弾性体であるバルブシートにおいて、バルブ部のみがより確実に可動できるようになる。   By sandwiching the valve seat between the two valve plates, only the valve portion can be moved more reliably in the valve seat, which is an elastic body.

請求項３記載の発明は、請求項１及び２記載のバルブ機構を有することを特徴とした容積変動型ポンプ構造である。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a variable volume pump structure comprising the valve mechanism according to the first and second aspects.

請求項１及び２記載のバルブ機構を有する容積変動型ポンプであるため、容易に送流方向の変換が可能なポンプを構成することができる。   Since it is a volume-variable pump having the valve mechanism according to claims 1 and 2, it is possible to configure a pump capable of easily changing the flow direction.

本発明では、バルブ機構において、弾性材であるバルブシートを剛体であるバルブプレートによって保持し、可動バルブ部を構成し、さらにそのバルブ部間の中央に軸部を設けることによって、バルブシートを保持したバルブプレートがその軸部を支点とし、シーソー動作をすることで、送流方向を自在に変換することが可能となる。また、このときのポンプの形式は問わない。   In the present invention, in the valve mechanism, the valve seat that is an elastic material is held by a valve plate that is a rigid body, constitutes a movable valve portion, and further, a shaft portion is provided in the center between the valve portions to hold the valve seat. By using the valve plate as a fulcrum and performing a seesaw operation, the flow direction can be freely changed. Moreover, the form of the pump at this time does not matter.

以下、本発明の最良の形態に係る容積変動型ポンプのバルブ機構について、添付図面を参照して説明する。   Hereinafter, a valve mechanism of a volume variation pump according to the best mode of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

ダイアフラム形式の容積変動型ポンプのバルブ機構を図１に示す。この容積変動型ポンプ１は、２つの流体出入口としてのノズル２、ノズル３を形成するバルブヘッド部７、バルブAｓｓ’ｙ４を固定するバルブケース部８、ダイアフラム５を固定するダイアフラムマウント９より構成される。また、前記ダイアフラム５と前記バルブケース部８によりポンプ室６が区画される。   FIG. 1 shows a valve mechanism of a diaphragm type variable volume pump. This volume-variable pump 1 includes a nozzle 2 as two fluid inlets, a valve head part 7 that forms a nozzle 3, a valve case part 8 that fixes a valve Ass'y 4, and a diaphragm mount 9 that fixes a diaphragm 5. The A pump chamber 6 is defined by the diaphragm 5 and the valve case portion 8.

バルブAｓｓ’ｙ４は、図２に示すように、バルブプレート４a、４ｃ、バルブシート４ｂを組合わせたもので形成される。図示のとおり、前記バルブプレート４a、４ｃは左右対称に孔が開けられた形状をしており、さらに中央に軸部４ｄ、４ｅを形成する。また前記軸部４ｄ、４ｅは前記バルブシート４ｂを挟み込むことが可能なように軸形状をしている。また前記バルブシート４ｂは剛体によって形成されるため、前記バルブシート４ｂを固定することができる。   As shown in FIG. 2, the valve Ass'y4 is formed by combining valve plates 4a and 4c and a valve seat 4b. As shown in the figure, the valve plates 4a and 4c have a shape in which holes are left and right symmetrically formed, and further, shaft portions 4d and 4e are formed at the center. The shaft portions 4d and 4e have a shaft shape so as to sandwich the valve seat 4b. Further, since the valve seat 4b is formed of a rigid body, the valve seat 4b can be fixed.

また、前記バルブシート４ｂは、図示のとおり、左右に孔部を設け、さらにその中に一体形成された、円盤状のバルブ部４ｆ、４ｇを持つように、弾性材にて形成される。以上より、バルブプレート４a、４ｃの間にバルブシート４ｂを挟み込むように固着し、バルブAｓｓ’ｙ４を構成する。これにより、組み合わされた軸部４ｄ、４eを支点とし、シーソー動作が可能となる。   Further, as shown in the figure, the valve seat 4b is formed of an elastic material so as to have disc-like valve portions 4f and 4g which are provided with holes on the left and right sides and are integrally formed therein. As described above, the valve seat 4b is fixed between the valve plates 4a and 4c so as to constitute the valve Ass'y4. Accordingly, the seesaw operation is possible with the combined shaft portions 4d and 4e as fulcrums.

次に流体の流れについて、説明する。まず、本発明の容積変動型ポンプ構造は、図１に示すように、ダイアフラム５が変位することにより、ダイアフラム５とバルブAｓｓ’ｙ４によって隔てられたポンプ室６に圧力差が生じ、ポンプとして機能する。またこの時、バルブAｓｓ’ｙ４自体は固定されている。   Next, the flow of fluid will be described. First, as shown in FIG. 1, the volume-variable pump structure of the present invention causes a pressure difference in the pump chamber 6 separated by the diaphragm 5 and the valve assembly 4 when the diaphragm 5 is displaced, and functions as a pump. To do. At this time, the valve Ass'y4 itself is fixed.

可動するバルブAｓｓ’ｙ４を図１（ａ）の状態とした時、ポンプ室６に減圧が生じると、バルブ部４ｆはポンプ室６につながっている流路を閉塞させ、バルブ部４ｇはノズル２へと続く流路を開放し、ノズル２から流体を吸引させる。   When the movable valve Ass'y 4 is in the state shown in FIG. 1A, when the pump chamber 6 is depressurized, the valve portion 4f closes the flow path connected to the pump chamber 6, and the valve portion 4g The flow path leading to is opened, and fluid is sucked from the nozzle 2.

その後、ポンプ室６に加圧力が生じると、バルブ部４ｇはノズル２へと続く流路を閉塞させ、バルブ部４ｆはポンプ室につながっている流路を開放させ、流体をノズル３へと吐出させる。この繰り返しにより流体はノズル２からノズル３へと送流される。   Thereafter, when pressure is generated in the pump chamber 6, the valve portion 4 g closes the flow path leading to the nozzle 2, and the valve portion 4 f opens the flow path connected to the pump chamber and discharges the fluid to the nozzle 3. Let By repeating this, the fluid is sent from the nozzle 2 to the nozzle 3.

また、図１（ｂ）のバルブAｓｓ’ｙ４の状態では、ポンプ室６に減圧が生じると、バルブ部４ｇはポンプ室６につながっている流路を閉塞させ、バルブ部４ｆはノズル３へと続く流路を開放し、ノズル３から流体を吸引させる。   Further, in the state of the valve Ass′y 4 in FIG. 1B, when the pump chamber 6 is depressurized, the valve portion 4 g closes the flow path connected to the pump chamber 6, and the valve portion 4 f moves to the nozzle 3. The subsequent flow path is opened, and the fluid is sucked from the nozzle 3.

その後、ポンプ室６に加圧力が生じると、バルブ部４ｆはノズル３へと続く流路を閉塞させ、バルブ部４ｇはポンプ室につながっている流路を開放させ、流体をノズル２へと吐出させる。この繰り返しにより流体はノズル３からノズル２へと送流される。   Thereafter, when pressure is generated in the pump chamber 6, the valve portion 4 f closes the flow path leading to the nozzle 3, and the valve portion 4 g opens the flow path connected to the pump chamber and discharges the fluid to the nozzle 2. Let By repeating this, the fluid is sent from the nozzle 3 to the nozzle 2.

また、このときのバルブAｓｓ’ｙ４の動作原理としては、図４に示すような形態が考えられる。これはバルブプレート４ａの中央に設けられた軸部４ｄに磁気吸引部材４ｈを形成する。この両側に、電磁石２６となるような、鉄心にコイルを巻回したものを含む回路を２つ用意し、どちらか片方の回路に電流を流すことにより、バルブAｓｓ’ｙ４が、図１（ａ）もしくは図１（ｂ）の位置にて固定される。   Further, as the operation principle of the valve Ass′y4 at this time, a form as shown in FIG. 4 is conceivable. This forms a magnetic attraction member 4h on a shaft portion 4d provided at the center of the valve plate 4a. On both sides, two circuits including a coil wound around an iron core, which will become the electromagnet 26, are prepared, and a current is passed through one of the circuits, so that the valve Ass'y4 is shown in FIG. ) Or in the position of FIG.

以上のような仕組で、双方向に送流可能なポンプ構造を得ることができる。   With the structure as described above, a pump structure capable of bidirectional flow can be obtained.

本発明は、バルブ機構がシーソー動作し、双方向に送液可能となるため、医療機器や化学分析機器等に用いる為の小型微量流体供給装置として、利用可能となる。   The present invention can be used as a small-scale microfluidic supply device for use in medical equipment, chemical analysis equipment, and the like because the valve mechanism operates as a seesaw and can be fed in both directions.

（ａ）本発明におけるダイアフラム形式の容積変動型ポンプのバルブ機構を示す模式断面図である。 （ｂ）本発明におけるダイアフラム形式の容積変動型ポンプのバルブ機構を示す模式断面図である。(A) It is a schematic cross section which shows the valve mechanism of the volume variation type pump of the diaphragm type in this invention. (B) It is a schematic cross section which shows the valve mechanism of the volume variation type pump of the diaphragm type in this invention. 本発明におけるバルブ機構の実施の一例を示す分解斜視図The disassembled perspective view which shows an example of implementation of the valve mechanism in this invention （ａ）従来の容積変動型ポンプの構造を示す正面断面図 （ｂ）従来の容積変動型ポンプの構造を示す側面断面図(A) Front sectional view showing the structure of a conventional variable volume pump (b) Side sectional view showing the structure of a conventional variable volume pump 本発明におけるバルブ機構の動作原理の一例を示す模式図The schematic diagram which shows an example of the operation principle of the valve mechanism in this invention

符号の説明Explanation of symbols

１ 容積変動型ポンプ
２，３ ノズル
４， バルブAｓｓ’ｙ
４ａ，４ｃ バルブプレート
４ｂ バルブシート
４ｄ，４ｅ 軸部
４ｆ，４ｇ バルブ部
４ｈ 磁気吸引部材
５，２２ ダイアフラム
６，２６ ポンプ室
７，１９ バルブヘッド部
８，２１ バルブケース部
９，２３ ダイアフラムマウント
１０ マイクロポンプ
１１ 小型モータ
１２ 駆動軸
１３ エキセントリック
１４ コネクティングスライダ
１５ スライダ・カム機構
１６ スライダーケース
１７ 吸入口
１８ 吐出口
２０ バルブ
２４ ダイアフラムフット
２５ ポンプヘッド部
２７ 電磁石 1 Volumetric pump 2, 3 Nozzle 4, Valve assembly
4a, 4c Valve plate 4b Valve seat 4d, 4e Shaft portion 4f, 4g Valve portion 4h Magnetic attraction member 5,22 Diaphragm 6,26 Pump chamber 7, 19 Valve head portion 8, 21 Valve case portion 9, 23 Diaphragm mount 10 Micro Pump 11 Small motor 12 Drive shaft 13 Eccentric 14 Connecting slider 15 Slider cam mechanism 16 Slider case 17 Suction port 18 Discharge port 20 Valve 24 Diaphragm foot 25 Pump head unit 27 Electromagnet

Claims (3)

吸引口と吐出口を有し、ダイアフラムやピストン等の往復運動によってポンプ室内外に圧力差を発生させることにより、ポンプ機能を有する容積変動型ポンプのバルブ機構において、
弾性材からなる、左右対称に２ヵ所のバルブ部を設けたバルブシートを、少なくとも１枚の剛体からなるバルブプレートで保持し、その中心部に軸部を設け、その軸部を支点として、シーソー動作を行うことを特徴とするバルブ機構。 In the valve mechanism of a variable displacement pump having a pump function by generating a pressure difference inside and outside the pump chamber by reciprocating movement of a diaphragm, a piston, etc., having a suction port and a discharge port,
A valve seat made of elastic material and provided with two symmetrical valve parts is held by a valve plate made of at least one rigid body. A shaft part is provided at the center part of the valve seat. A valve mechanism characterized by performing an operation. 請求項１記載のバルブ機構において、前記バルブシートを２枚の前記バルブプレートによって挟み込み、保持することを特徴とするバルブ機構。   2. The valve mechanism according to claim 1, wherein the valve seat is sandwiched and held by the two valve plates. 請求項１及び２記載のバルブ機構を有することを特徴とした容積変動型ポンプ構造。
3. A variable volume pump structure comprising the valve mechanism according to claim 1.

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