JP2006097600A - Valve mechanism allowing flow in both directions and variable displacement type pump structure using the same - Google Patents
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Abstract
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
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
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。
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
4a,
Claims (3)
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.
3. A variable volume pump structure comprising the valve mechanism according to claim 1.
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