專(zhuān)利名稱(chēng)：泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)柱塞或隔膜等改變泵室內(nèi)的容積來(lái)使流體移動(dòng)的容積式泵，具體涉及可靠性高且流量大的泵。
(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1)并且，作為利用流體的粘性阻力形成單方向的流動(dòng)的泵結(jié)構(gòu)，有這樣一種結(jié)構(gòu)在出口通路設(shè)置閥，在該閥開(kāi)閥時(shí)，入口通路具有比出口通路大的流體阻力。(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)2)另外，作為在閥部不使用可動(dòng)件來(lái)使泵的可靠性改善的泵結(jié)構(gòu)有這樣的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中設(shè)有使入口通路、出口通路的壓力下降均因液流方向而異的呈通路形狀的壓縮部件。(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)3與非專(zhuān)利文獻(xiàn)1)[專(zhuān)利文獻(xiàn)1]特開(kāi)平10-220357號(hào)公報(bào)[專(zhuān)利文獻(xiàn)2]特開(kāi)平08-312537號(hào)公報(bào)[專(zhuān)利文獻(xiàn)3]特開(kāi)平08-506874號(hào)公報(bào)[非專(zhuān)利文獻(xiàn)1]Anders Olsson的論文“一種采用深反應(yīng)性離子蝕刻制造的改進(jìn)的無(wú)閥泵”(An improved valve-less pumpfabricate using deep reactive ion etching，1996 IEEE 9thInternational Workshop on Micro Electro Mechanical Systems，p.479-484)但是，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1所描述的結(jié)構(gòu)中存在這樣的問(wèn)題在入口通路與出口通路中均需要設(shè)止回閥，流體通過(guò)兩處止回閥會(huì)有很大的壓力損失。并且，由于止回閥反復(fù)開(kāi)閉，存在出現(xiàn)疲勞破壞的危險(xiǎn)，還有止回閥個(gè)數(shù)越多可靠性越低的問(wèn)題。
在專(zhuān)利文獻(xiàn)2所述的結(jié)構(gòu)中，為了減少泵排出行程中入口通路處產(chǎn)生的逆流，必須增大入口側(cè)通路的流體阻力。于是，泵吸入行程中，為了頂著該流體阻力將流體導(dǎo)入泵室內(nèi)，與排出行程相比，吸入行程變得相當(dāng)長(zhǎng)。因此，泵的排出吸入循環(huán)的頻率變得相當(dāng)?shù)汀?br> 就使柱塞或隔膜上下動(dòng)作的泵而言，在柱塞或隔膜的面積相等的場(chǎng)合，一般來(lái)說(shuō)，上下動(dòng)作的頻率越高，流量就越多，輸出功率也就越高?？墒牵瑢?zhuān)利文獻(xiàn)2所述的結(jié)構(gòu)中存在這樣的問(wèn)題即由于如前述只能以低頻率驅(qū)動(dòng)，因此難以實(shí)現(xiàn)小型且高輸出功率的泵。
專(zhuān)利文獻(xiàn)3所述的結(jié)構(gòu)存在這樣的問(wèn)題為了隨著泵室體積的增減，因液流的方向造成的壓力下降不同而在一個(gè)方向形成通過(guò)壓縮部件的流體的凈流量，隨著泵出口側(cè)的外部壓力(負(fù)荷壓力)的提高，逆流量增加，致使泵在高負(fù)荷壓力下不能工作。依據(jù)非專(zhuān)利文獻(xiàn)1，最大負(fù)荷壓力為0.760氣壓左右。
為了解決上述課題，本發(fā)明的第一種結(jié)構(gòu)的泵中設(shè)有使柱塞或隔膜等的可動(dòng)壁位移的執(zhí)行元件，驅(qū)動(dòng)控制該執(zhí)行元件的驅(qū)動(dòng)裝置，容積因所述可動(dòng)壁的位移而可變的泵室，使工作流體流入所述泵室的入口通路，以及使工作流體流出所述泵室的出口通路；所述出口通路在泵工作時(shí)與所述泵室連通，所述入口通路的合成粘滯值比所述出口通路的合成粘滯值??；所述入口通路中設(shè)有，工作流體流入泵室時(shí)的流體阻力比流出時(shí)的流體阻力小的流體阻力部件；所述驅(qū)動(dòng)裝置中設(shè)有，改變所述可動(dòng)壁的工作周期的周期控制裝置。
這里，設(shè)通路的截面面積為S、通路的長(zhǎng)度為l、工作流體的密度為ρ，粘滯值L由式L＝ρ×l/S給出。設(shè)通路的差壓為ΔP、流過(guò)通路的流量為Q，用粘滯值L改寫(xiě)通路內(nèi)流體的運(yùn)動(dòng)方程式，導(dǎo)出ΔP＝L×dQ/dt的關(guān)系。
也就是，粘滯值L表示單位壓力對(duì)流量的時(shí)間變化的影響程度，粘滯值L越大，流量的時(shí)間變化越小，粘滯值L越小，流量的時(shí)間變化就越大。
并且，多個(gè)通路的并聯(lián)連接和多個(gè)形狀不同的通路的串聯(lián)連接的合成粘滯值，可以將各個(gè)通路的粘滯值跟電路中的電感的并聯(lián)連接和串聯(lián)連接同樣地加以合成來(lái)計(jì)算。
并且，這里所說(shuō)的入口通路，指的是直到入口連接管的流體流入側(cè)端面為止的通路。但是，在管路途中連接脈動(dòng)吸收裝置的場(chǎng)合，是指從泵室內(nèi)到與脈動(dòng)吸收裝置的連接部為止的通路。另外，在多個(gè)泵的入口通路集流的場(chǎng)合，是指從泵室內(nèi)到集流部為止的通路。關(guān)于出口通路也如此。
依據(jù)本發(fā)明第一方面的泵，由于使入口通路的合成粘滯值比出口通路的合成粘滯值小，入口通路的流體以大的流體速度的變化率流入，能夠使吸入流體體積(＝排出流體體積)增加。
并且，由于通過(guò)設(shè)置周期控制裝置，可防止排除流體體積無(wú)謂地耗費(fèi)，泵排出流體體積與排出壓力增加，能夠提供驅(qū)動(dòng)效率良好的泵。
并且，如本發(fā)明第二方面所述，周期控制裝置最好按照在從所述出口通路起的下游側(cè)的負(fù)荷壓力來(lái)改變所述可動(dòng)壁的工作周期。
并且，如本發(fā)明第三方面所述，所述周期控制裝置最好按照所述可動(dòng)壁的泵室容積壓縮行程上的位移時(shí)間、位移量或位移速度來(lái)改變所述可動(dòng)壁的工作周期。
并且，如本發(fā)明第四方面所述，周期控制裝置最好基于檢測(cè)所述泵室的壓力的泵壓檢測(cè)裝置的檢測(cè)信息來(lái)改變所述可動(dòng)壁的工作周期。
并且，如本發(fā)明第五方面所述，周期控制裝置最好在上次可動(dòng)壁的運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，所述泵壓檢測(cè)裝置檢測(cè)到壓力上升時(shí)，控制下一次的可動(dòng)壁的運(yùn)動(dòng)的開(kāi)始。
并且，如本發(fā)明第六方面所述，周期控制裝置最好基于采用預(yù)定值和所述泵壓檢測(cè)裝置的檢測(cè)值的運(yùn)算值來(lái)改變所述可動(dòng)壁的工作周期。
并且，如本發(fā)明第七方面所述，所述預(yù)定值最好是在驅(qū)動(dòng)所述執(zhí)行元件前，所述泵壓檢測(cè)裝置測(cè)定的所述泵室的壓力。
并且，如本發(fā)明第八方面所述，所述預(yù)定值最好是在施加上次的驅(qū)動(dòng)波形后經(jīng)過(guò)預(yù)定時(shí)間之后，所述泵壓檢測(cè)裝置測(cè)定的所述泵室的壓力。
并且，如本發(fā)明第九方面所述，所述預(yù)定值最好是預(yù)先輸入的跟從所述出口通路起的下游側(cè)的負(fù)荷壓力大致相當(dāng)?shù)闹怠?br> 并且，如本發(fā)明第十方面所述，最好設(shè)有對(duì)從所述出口通路起的下游側(cè)的負(fù)荷壓力加以檢測(cè)的負(fù)荷壓力檢測(cè)裝置，所述預(yù)定值最好是所述負(fù)荷壓力檢測(cè)裝置的測(cè)定值。
并且，如本發(fā)明第十一方面所述，所述運(yùn)算值最好是所述泵壓檢測(cè)裝置檢測(cè)的檢測(cè)值在所述預(yù)定值以上的期間，所述檢測(cè)值和所述預(yù)定值之差的時(shí)間積分的運(yùn)算值。
另外，如本發(fā)明第十二方面所述，最好在所述入口通路設(shè)置從動(dòng)型的閥，所述周期控制裝置檢測(cè)所述閥的位移，并基于該檢測(cè)值改變所述可動(dòng)壁的工作周期。
并且，如本發(fā)明第十三方面所述，最好所述周期控制裝置基于檢測(cè)包含所述出口通路的下游側(cè)的流速的流速測(cè)定裝置的檢測(cè)信息，改變所述可動(dòng)壁的工作周期。
并且，如本發(fā)明第十四方面所述，周期控制裝置最好在上次的可動(dòng)壁的運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，所述流速測(cè)定裝置檢測(cè)到流速增加以后，控制下一次的可動(dòng)壁的運(yùn)動(dòng)的開(kāi)始。
并且，如本發(fā)明第十五方面所述，周期控制裝置最好根據(jù)所述流速測(cè)定裝置測(cè)定的流速的最大值和最小值之差來(lái)改變所述可動(dòng)壁的工作周期。
并且，如本發(fā)明第十六方面所述，所述周期控制裝置最好基于檢測(cè)所述入口通路的吸入體積或所述出口通路的排出體積的移動(dòng)流體體積測(cè)定裝置的檢測(cè)信息，改變所述可動(dòng)壁的工作周期。
另外，如本發(fā)明第十七方面所述，所述執(zhí)行元件最好是壓電元件。
還有，如本發(fā)明第十八方面所述，所述執(zhí)行元件最好是超磁應(yīng)變?cè)?br> 并且，如本發(fā)明第十九方面所述的泵中設(shè)有使柱塞或隔膜等的可動(dòng)壁位移的執(zhí)行元件，驅(qū)動(dòng)控制該執(zhí)行元件的驅(qū)動(dòng)裝置，由所述可動(dòng)壁的位移而容積可變的泵室，讓工作流體流入所述泵室的入口通路，以及讓工作流體從所述泵室流出的出口通路；所述入口通路中設(shè)有，工作流體流入泵室時(shí)的流體阻力比流出時(shí)的流體阻力小的流體阻力部件；所述驅(qū)動(dòng)裝置在泵內(nèi)壓力變動(dòng)的1周期的發(fā)生期間，多次驅(qū)動(dòng)所述執(zhí)行元件。
依據(jù)本發(fā)明的第十九方面，可使排出流體體積增加，同時(shí)可改善止回閥的耐用性。
并且，如本發(fā)明的第二十方面所述的泵中設(shè)有使柱塞或隔膜等可動(dòng)壁位移的執(zhí)行元件，驅(qū)動(dòng)控制該執(zhí)行元件的驅(qū)動(dòng)裝置，容積由所述可動(dòng)壁的位移來(lái)改變的泵室，使動(dòng)作流體流入所述泵室的入口通路，使工作流體從所述泵室流出的出口通路；所述入口通路中設(shè)有工作流體流入泵室時(shí)的流體阻力小于流出時(shí)的流體阻力的流體阻力部件，所述泵室的容積變化量成為最大的頻率跟泵內(nèi)流體的共振頻率大致相等。
依據(jù)本發(fā)明的第二十方面，能夠在不減少泵的排出流體體積的條件下更少地驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件整體的位移量，從而取得因減少執(zhí)行元件的內(nèi)部損失而更高效地驅(qū)動(dòng)泵的效果。
并且，如本發(fā)明的第二十一方面所述，本發(fā)明第十九方面至二十方面中最好具有如下特點(diǎn)所述入口通路的合成粘滯值小于所述出口通路的合成粘滯值，從而增加吸入流量，使排出流體體積增加。
另外，如本發(fā)明的第二十二方面所述，本發(fā)明第十九方面至二十一方面中在泵工作時(shí)所述出口通路最好與所述泵室連通。
并且，如本發(fā)明的第二十三方面所述，本發(fā)明第十九方面至二十二方面中所述執(zhí)行元件最好是壓電元件。
并且，如本發(fā)明的第二十四方面所述，本發(fā)明第十九方面至二十二方面中所述執(zhí)行元件最好是超磁應(yīng)變?cè)?br> 圖2是表示本發(fā)明實(shí)施例1的泵的動(dòng)作曲線圖。
圖3是表示頻率不同時(shí)排出流體體積變化的狀態(tài)的曲線圖。
圖4是表示預(yù)定的頻率的波形模式的曲線圖。
圖5是表示跟圖4不同的頻率的波形模式的曲線圖。
圖6是本發(fā)明的實(shí)施例1的周期控制裝置的框圖。
圖7是本發(fā)明實(shí)施例1的周期控制裝置中存儲(chǔ)的對(duì)應(yīng)表的示圖。
圖8是表示本發(fā)明實(shí)施例2的周期控制裝置的框圖。
圖9是表示本發(fā)明實(shí)施例2的周期控制裝置的處理順序的流程圖。


圖10是表示本發(fā)明實(shí)施例3的壓力-周期變換電路的處理順序的流程圖。
圖11是表示本發(fā)明實(shí)施例4的周期控制裝置的框圖。
圖12是本發(fā)明實(shí)施例4的周期控制裝置中存儲(chǔ)的對(duì)應(yīng)表的示圖。
圖13是本發(fā)明實(shí)施例5的周期控制裝置的框圖。
圖14是表示本發(fā)明實(shí)施例5的位移-周期變換電路的處理順序的流程圖。
圖15是表示本發(fā)明實(shí)施例6的周期控制裝置的框圖。
圖16是表示本發(fā)明實(shí)施例6的流速-周期變換電路的處理順序的流程圖。
圖17是表示本發(fā)明實(shí)施例7的流速-周期變換電路的處理順序的流程圖。
圖18是本發(fā)明實(shí)施例8的泵的示圖。
符號(hào)說(shuō)明1入口通路2出口通路3泵室4止回閥5隔膜(可動(dòng)壁)6壓電元件(執(zhí)行元件)20驅(qū)動(dòng)裝置22周期控制電路(周期控制裝置)22d壓力-周期變換電路22e位移-周期變換電路24波形發(fā)生電路28壓力傳感器(泵壓測(cè)定裝置)30位移傳感器32流速傳感器(流速測(cè)定裝置)40箱體(移動(dòng)流體體積測(cè)定裝置)42液面?zhèn)鞲衅?移動(dòng)流體體積測(cè)定裝置)
具體實(shí)施例方式
以下，基于附圖就本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
首先，參照?qǐng)D1就本發(fā)明各實(shí)施例的泵的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。圖1表示本發(fā)明的泵的縱向剖面。圓筒形狀的泵體7的底部設(shè)有圓形的隔膜5。隔膜5的外周邊彈性變形地自由貼合、固定在泵體7上。隔膜5的底面上設(shè)有在附圖紙面的上下方向伸縮的壓電元件6，作為驅(qū)動(dòng)隔膜5的執(zhí)行元件。
隔膜5和泵體7的上壁之間的狹窄空間為泵室3，朝向該泵室3設(shè)置流體阻力部件即止回閥4的入口通路1和開(kāi)有即使在泵工作時(shí)也通常與泵室連通的細(xì)孔的管路即出口通路2均設(shè)有開(kāi)口。而且，構(gòu)成入口通路1的部件的外圓周的一部分，形成用以連接未圖示的外部器件的入口連接管8。并且，構(gòu)成出口通路2的部件的外圓周的一部分，形成用以連接未圖示的外部器件的出口連接管9。并且，在入口通路和出口通路的工作流體的入口側(cè)，均加工成圓弧，形成圓弧狀部分15a，15b。
這里，對(duì)粘滯值L加以的定義。若設(shè)通路的截面面積為S、通路的長(zhǎng)度為l、工作流體的密度為ρ，則粘滯值L由L＝ρ×l/S給出。若設(shè)通路的差壓為ΔP、流過(guò)通路的流量為Q，則通過(guò)用粘滯值L改寫(xiě)通路內(nèi)流體的運(yùn)動(dòng)方程式，導(dǎo)出ΔP＝L×dQ/dt的關(guān)系。
也就是，粘滯值L表示單位壓力對(duì)流量的時(shí)間變化的影響程度，粘滯值L越大，流量的時(shí)間變化越小，粘滯值L越小，流量的時(shí)間變化就越大。
并且，與多個(gè)通路的并聯(lián)連接和多個(gè)形狀不同的通路的串聯(lián)連接有關(guān)的合成粘滯值，可以將各個(gè)通路的粘滯值跟電路中的電感的并聯(lián)連接和串聯(lián)連接同樣地加以合成來(lái)計(jì)算。
并且，這里所說(shuō)的入口通路，指的是直到入口連接管8的流體流入側(cè)端面為止的通路。但是，在管路途中連接脈動(dòng)吸收裝置的場(chǎng)合，是指從泵室3內(nèi)到與脈動(dòng)吸收裝置的連接部為止的通路。另外，在多個(gè)泵的入口通路1集流的場(chǎng)合，是指從泵室3內(nèi)到集流部為止的通路。關(guān)于出口通路也如此。
參照?qǐng)D1，就入口通路1、出口通路2的通路長(zhǎng)度、面積的符號(hào)關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明。入口通路1中，設(shè)止回閥4近傍的縮徑管路部分的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1、面積為S1，設(shè)剩余的擴(kuò)大的管路部分的長(zhǎng)度為L(zhǎng)2、面積為S2。并且，設(shè)在出口通路2中，出口通路2的管路的長(zhǎng)度為L(zhǎng)3、面積為S3。
用以上的符號(hào)和工作流體的密度ρ，說(shuō)明入口通路1、出口通路2之間的粘滯值的關(guān)系。
入口通路1的粘滯值，由ρ×L1/S1+ρ×L2/S2算出。另一方面，出口通路2的粘滯值，由ρ×L3/S3算出。而且，這些通路的尺寸關(guān)系滿足ρ×L1/S1+ρ×L2/S2＜ρ×L3/S3。
以上的結(jié)構(gòu)中，隔膜5的形狀并不限于圓形。并且，例如泵停止時(shí)萬(wàn)一被加上過(guò)大的負(fù)荷壓力時(shí)，為保護(hù)泵結(jié)構(gòu)部件不受之影響而在出口通路2設(shè)置閥件，只要至少在泵工作時(shí)與泵室連通就沒(méi)關(guān)系。并且，止回閥4不僅可采用以流體的壓力差來(lái)開(kāi)閉的類(lèi)型，采用以流體的壓力差以外的力來(lái)控制開(kāi)閉的類(lèi)型也沒(méi)關(guān)系。
另外，對(duì)于使隔膜5動(dòng)作的執(zhí)行元件6，只要是能伸縮的元件均可使用，但是在本發(fā)明的泵結(jié)構(gòu)中，執(zhí)行元件和隔膜5之間直接連接，中間沒(méi)有介入位移擴(kuò)大機(jī)構(gòu)，隔膜能夠以高頻率動(dòng)作，如本實(shí)施例那樣，通過(guò)使用響應(yīng)頻率高的壓電元件6，能夠因高頻率驅(qū)動(dòng)而增加流量，能夠?qū)崿F(xiàn)小型的高輸出功率的泵。同樣地，也可以使用具有高頻率特性的超磁應(yīng)變?cè)?br> 并且，由于只在吸入側(cè)設(shè)置機(jī)械的開(kāi)閉閥即可，使因閥而造成的流量減少降低，同時(shí)提高了可靠性。
再有，從本實(shí)施例至實(shí)施例8的全部實(shí)施例中，作為泵內(nèi)導(dǎo)引的工作流體使用的是水。但是，也可以使用乙醇類(lèi)、油類(lèi)或加入了任何添加劑的液體等其他流體。
接著，用圖2、圖3、圖4與圖5就圖1所示的結(jié)構(gòu)的泵中的隔膜的工作周期進(jìn)行說(shuō)明。
圖2表示泵轉(zhuǎn)入了運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的隔膜5的位移的波形W1、泵室3的內(nèi)壓的波形W2、通過(guò)出口通路2的流體的體積速度(即出口管路的截面面積×流體的流速，這時(shí)是和流量相等的量。)的波形W3和通過(guò)止回閥4的流體的體積速度W4的波形。并且，圖2所示的負(fù)荷壓力Pfu是比出口流量2更下游側(cè)的流體壓力，吸入側(cè)壓力Pky是比入口通路1更上流側(cè)的流體壓力。
如隔膜5的位移的波形W1所示，波形的傾斜為正的區(qū)域是壓電元件6延伸而使泵室S的容積減少的過(guò)程。并且，波形的傾斜為負(fù)的區(qū)域是壓電元件6收縮而使泵室3的容積增大的過(guò)程。
而且，位移了約4.5μm的平坦的波形區(qū)間是隔膜5的最大位移量，即泵室3的容積成為最小的隔膜5的位移位置。
如泵室3的內(nèi)壓變化的波形W2所示，減少泵室3的容積的過(guò)程一經(jīng)開(kāi)始，泵室3的內(nèi)壓上升就開(kāi)始。而且，減少泵室3的容積的過(guò)程結(jié)束前，就達(dá)到泵室3的內(nèi)壓最大值并開(kāi)始減少。該內(nèi)壓最大的位置是因隔膜5導(dǎo)致的排除流體的體積速度和波形W3所示的出口通路2的流體的體積速度成為相等的點(diǎn)。
其理由是在該時(shí)刻之前，由于具有排除流體的體積速度-通過(guò)出口通路2的流體的體積速度＞0的關(guān)系，這部分泵室3內(nèi)的流體被壓縮，泵室3內(nèi)的壓力上升；該時(shí)刻之后，由于具有排除流體的體積速度-通過(guò)出口通路2的流體的體積速度＜0的關(guān)系，這部分泵室3內(nèi)的流體的壓縮量減少，泵室3內(nèi)的壓力下降。
如設(shè)各時(shí)刻的泵室3內(nèi)的流體的體積變化為ΔV，泵室3內(nèi)的壓力，按照ΔV＝隔膜導(dǎo)致的排除流體體積+吸入流體體積-排出流體體積和流體的壓縮率之間的關(guān)系而變化。因此，即使在泵室3的容積減少的過(guò)程，泵室3內(nèi)的壓力也有比負(fù)荷壓力Pfu低的場(chǎng)合。
另外，在圖2所示的場(chǎng)合中，泵室3內(nèi)壓力比吸入側(cè)壓力Pky低，在接近絕對(duì)0氣壓時(shí)，溶解于工作流體中的成分氣化而形成氣泡，即產(chǎn)生充氣(aeration)或空穴作用(cavitation)，在絕對(duì)0氣壓附近成為飽和。但是，在包含泵在內(nèi)的整個(gè)通路系統(tǒng)被加壓，吸入側(cè)壓力Pky也充分高的場(chǎng)合，也有不發(fā)生充氣或空穴作用的情況。
并且，如出口通路2的流體的體積速度的波形W3所示，在出口通路2內(nèi)，泵室3內(nèi)壓力比負(fù)荷壓力Pfu大的期間，大致成為流體的體積速度的增加期間。而且，如泵室3內(nèi)壓力比負(fù)荷壓力Pfu低，出口通路2內(nèi)的流體的體積速度也開(kāi)始減少。
設(shè)泵室3內(nèi)壓力和負(fù)荷壓力Pfu之間的差壓為ΔPout，出口通路2的流體阻力為Rout、粘滯值為L(zhǎng)out、流體的體積速度為Qout，在出口通路2內(nèi)的流體中如下的關(guān)系成立ΔPout=RoutQout+LoutdQoutdt·---(1)]]>因此，這些流體的體積速度的變化率，等于ΔPout與Rout×Qout之差除以粘滯值Lout的所得值。而且，對(duì)1個(gè)周期的波形W3所示的流體的體積速度加以積分的值，就成為每1個(gè)周期的排出流體體積。
并且，如通過(guò)止回閥4的流體的體積速度變化的波形W4所示，入口通路1中，如泵室3的壓力比吸入側(cè)壓力Pky有所減少，由于該壓力差，止回閥4打開(kāi)，流體的體積速度開(kāi)始增加。并且，如泵室3的壓力上升，比吸入側(cè)壓力Pky有所增加，流體的體積速度開(kāi)始減少。而且，由于止回閥4的止回效果，倒流被防止。
如設(shè)泵室3的壓力和吸入側(cè)壓力Pky之間的差壓為ΔPin、出口通路2的流體阻力為Rin、粘滯值為L(zhǎng)in、流體的體積速度為Qin，入口通路1內(nèi)的流體中如下的關(guān)系成立ΔPin=RinQin+LindQindt·---(2)]]>因此，這些流體體積速度的變化率等于ΔPin和Rin×Qin之差除以入口通路1的粘滯值Lin的所得值。
而且，對(duì)1個(gè)周期的波形W4所示的流體的體積速度的積分值，就是每一周期的吸入流體體積。而且，該吸入流體體積跟用波形W3算出的排出流體體積相等。這里，對(duì)粘滯值的定義式進(jìn)行時(shí)間積分，成為∫ΔPdt=LQ|t0t1·---(3)]]>由于粘滯值為定值，某段管路中，該兩端的差壓的積分值越大，該期間的管路內(nèi)流體的流體體積速度Q的變化量就越大。來(lái)看出口通路2，泵室3的內(nèi)壓和負(fù)荷壓力Pfu的差壓的積分值越大，出口通路2內(nèi)部的流體中產(chǎn)生向排出方向的高速流動(dòng)(即具有大動(dòng)量的流動(dòng))，排出流體體積增加。能夠?qū)?lái)自入口通路1側(cè)的大量的流體導(dǎo)入泵室3內(nèi)，直到該動(dòng)量減少，同時(shí)排出流體體積和吸入流體體積達(dá)到相等的時(shí)間也變長(zhǎng)。也就是，在出口通路2中，每一循環(huán)的泵的排出流量(即吸入流量)，以及直到排出流體體積和吸入流體體積成為相等的時(shí)間，依據(jù)(3)式的左邊的值的大小而變化。而且，如加快泵室容積減少行程中隔膜的位移速度，則(3)式的左邊的值有增加的傾向。
接著，就在前一次給壓電元件6的驅(qū)動(dòng)電壓施加后的下一次施加驅(qū)動(dòng)電壓的定時(shí)進(jìn)行說(shuō)明。
如前所述，如以ΔV表示各時(shí)刻的泵室3內(nèi)的流體的體積變化，泵室3內(nèi)的壓力按照ΔV＝隔膜5導(dǎo)致的排除流體體積+吸入流體體積-排出流體體積和流體的壓縮率之間的關(guān)系而變化。而且，本結(jié)構(gòu)的泵，由于出口流路2和泵室3連通，ΔV＝0時(shí)，泵室3內(nèi)的壓力跟負(fù)荷壓力Pfu相等。因此，ΔV＜0的范圍內(nèi)，泵室3的壓力變得低于負(fù)荷壓力Pfu。因此，如在ΔV＜0的范圍內(nèi)對(duì)壓電元件6施加下次的驅(qū)動(dòng)電壓，直到變成ΔV＝0時(shí)的排除體積，被用于為使泵室3的壓力與負(fù)荷壓力Pfu相等而對(duì)泵室3的流體的壓縮，成為無(wú)謂的浪費(fèi)。
通過(guò)防止這種對(duì)排除體積無(wú)謂浪費(fèi)，能夠使泵的排出流體體積增加。為此，可以在一次泵操作的驅(qū)動(dòng)結(jié)束后(隔膜5導(dǎo)致的排除流體體積的凈量成為零后)，排出流體體積和吸入流體體積成為相等的時(shí)刻以后，施加下次對(duì)壓電元件6的驅(qū)動(dòng)電壓。
可是，泵室3的流體的壓力波根據(jù)各種各樣的原因而變化。使隔膜5以正弦波形運(yùn)動(dòng)時(shí)，排出流體體積相對(duì)于驅(qū)動(dòng)周期如圖3變化。圖3中有兩個(gè)排出流體體積的峰值，關(guān)于對(duì)應(yīng)于各峰值的驅(qū)動(dòng)周期中的泵室3內(nèi)壓力和隔膜位移，如圖4與圖5所示。圖4表示隔膜位移的周期和泵室壓力的周期相等的被稱(chēng)為1倍波模式的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，圖5表示與隔膜位移的周期相比泵室壓力的周期為2倍的被稱(chēng)為2倍波模式的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。圖4和圖5中，泵室的壓力波形不同，前面說(shuō)明的(3)式的左邊的值也不同。具體而言，與圖4的1倍波模式相比，圖5的2倍波模式壓力波形的峰值大，(3)式的左邊的值也大。因此，如前面所說(shuō)明，排出流體體積和吸入流體體積成為相等的時(shí)刻也發(fā)生改變。(就直到排出流體體積和吸入流體體積成為相等的時(shí)間而論，與表示1倍波模式的圖4相比較，表示2倍波模式的圖5中該時(shí)間較長(zhǎng))。在該排出流體體積和吸入流體體積成為相等的時(shí)刻，在跟隔膜向泵室容積壓縮方向動(dòng)作的期間步調(diào)一致的驅(qū)動(dòng)頻率中，存在圖3所示的排出流體體積的峰值。這兩個(gè)模式下泵室的壓力波形不同的理由在于雖然隔膜的位移量相等，但與圖4相比，圖5所示的驅(qū)動(dòng)周期短，隔膜的泵室容積減少行程中的位移速度快。
如此，泵室3的壓力，特別受到驅(qū)動(dòng)壓電元件6而使隔膜5向泵室3的容積減少方向的位移時(shí)間、最大位移量、位移速度、負(fù)荷壓力的變化造成的影響，隨之，排出流體體積和吸入流體體積成為相等的時(shí)刻也發(fā)生變化，從而在前一次對(duì)壓電元件6施加驅(qū)動(dòng)電壓后的下一次施加驅(qū)動(dòng)電壓的最佳定時(shí)也發(fā)生變化。
再基于圖3進(jìn)行附加說(shuō)明。
如圖3所示，2倍波模式比1倍波模式增加了排出流體體積。并且，如以2倍波模式驅(qū)動(dòng)，止回閥的開(kāi)閉次數(shù)為驅(qū)動(dòng)頻率的1/2，由圖3可知，以2倍波模式驅(qū)動(dòng)的止回閥的開(kāi)閉次數(shù)少于以1倍波模式驅(qū)動(dòng)時(shí)止回閥的開(kāi)閉次數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，疲勞破壞與負(fù)荷的重復(fù)次數(shù)相關(guān)聯(lián)。因此，以2倍波模式驅(qū)動(dòng)時(shí)止回閥的耐用性提高。圖3表示了隔膜的驅(qū)動(dòng)波形設(shè)為正弦波形的情況，但是，在以其他與正弦波形接近的波形，或者以隔膜的位移速度與驅(qū)動(dòng)周期構(gòu)成函數(shù)關(guān)系的驅(qū)動(dòng)波形驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)合，情況也一樣。
并且，如前述，圖3所示的排出流體體積峰值頻率，是排出流體體積和吸入流體體積成為相等的時(shí)刻(即泵室內(nèi)壓等于負(fù)荷壓力的時(shí)刻)和在隔膜向泵室容積壓縮方向動(dòng)作的期間每次均步調(diào)一致的驅(qū)動(dòng)頻率。這里，將該頻率稱(chēng)作泵內(nèi)流體共振頻率。
通過(guò)使執(zhí)行元件和隔膜，以及構(gòu)成泵室的其他的稱(chēng)為壁部件的構(gòu)成泵室的機(jī)械部件的共振頻率(該頻率中，泵室3的容積變化成為最大)跟泵內(nèi)流體共振頻率和大致相等，能夠以更少的執(zhí)行元件的位移量進(jìn)行驅(qū)動(dòng)而不減少來(lái)自泵的排出流體體積。由此，能夠取得因減少了執(zhí)行元件的內(nèi)部損失而以更高的效率驅(qū)動(dòng)泵的效果。
接著，圖6與圖7表示本發(fā)明的實(shí)施例1。
圖6是表示執(zhí)行本實(shí)施例的壓電元件6的驅(qū)動(dòng)控制的驅(qū)動(dòng)裝置20的框圖，該驅(qū)動(dòng)裝置由周期控制電路(周期控制裝置)22和電壓波形發(fā)生電路24構(gòu)成。
電壓波形發(fā)生電路24中設(shè)有每當(dāng)接到后述的觸發(fā)信號(hào)時(shí)，使接到觸發(fā)信號(hào)前為止設(shè)定的電壓波形發(fā)生一次的波形發(fā)生電路24a；以及放大到驅(qū)動(dòng)所需的預(yù)定的電功率并供給壓電元件6的放大電路24b。
周期控制電路22中設(shè)有用以輸入使隔膜5向泵室3的容積減少的方向位移的時(shí)間(位移時(shí)間)、最大位移、負(fù)荷壓力的信號(hào)的I/O端口22a；將通過(guò)實(shí)驗(yàn)預(yù)先求出對(duì)各輸入值的組合的最佳工作周期，記錄于圖7所示的對(duì)應(yīng)表的ROM22b；以及用I/O端口22a的輸入值參照ROM22b，以對(duì)應(yīng)的周期發(fā)生觸發(fā)信號(hào)的CPU22c。
依據(jù)本實(shí)施例，周期控制電路22選擇對(duì)于位移時(shí)間、最大位移、負(fù)荷壓力的變化的最佳周期來(lái)控制壓電元件6，由于在排出流量體積與吸入流量體積相等，或者隔膜5在吸入流量體積多的狀態(tài)下位移，能夠防止排除流體體積的無(wú)謂浪費(fèi)，使泵的排出流體體積增大。
并且，本實(shí)施例中，由于無(wú)需在泵室3的內(nèi)部設(shè)傳感器，因此，適用于泵室3空間狹窄的場(chǎng)合。
接著，參照?qǐng)D8與圖9說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例2。
如圖8所示，本實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)裝置20中設(shè)有周期控制電路(周期控制裝置)22和電壓波形發(fā)生電路24。
電壓波形發(fā)生電路24具有跟圖6的框圖相同的結(jié)構(gòu)，每當(dāng)接到后述的觸發(fā)信號(hào)，就使接到觸發(fā)信號(hào)前為止設(shè)定的電壓波形發(fā)生一次。
周期控制電路22中設(shè)有基于泵內(nèi)設(shè)置的壓力傳感器(泵壓檢測(cè)裝置)28的檢測(cè)值來(lái)發(fā)生觸發(fā)信號(hào)的壓力-周期變換電路22d。
圖9用流程圖表示壓力-周期變換電路22d的處理順序。
首先，在步驟S4中，設(shè)定壓力的閾值Psh。該閾值Psh使用壓力傳感器28中吸入側(cè)壓力Pky加上時(shí)的輸出功率值以上的值。如果這樣，就不會(huì)有低壓時(shí)微妙的壓力上升引起的誤檢測(cè)。
接著，轉(zhuǎn)入步驟S6，將觸發(fā)信號(hào)向波形發(fā)生電路24輸出。
接著，轉(zhuǎn)入步驟S8，確認(rèn)波形發(fā)生電路24的一次的電壓波形輸出是否結(jié)束，如已結(jié)束，則轉(zhuǎn)入步驟S10。
在步驟S10中，由壓力傳感器28測(cè)量第1次的泵室3的壓力Pin1。
接著，轉(zhuǎn)入步驟S12，由壓力傳感器28測(cè)量第2次的泵室3的壓力Pin2。
接著，轉(zhuǎn)入步驟S14，確認(rèn)閾值Psh、第1次的泵室3的壓力Pin1和第2次的泵室3的壓力Pin2三者的關(guān)系是否為Pin1＜Psh＜Pin2。如形成了Pin1＜Psh＜Pin2的關(guān)系，則轉(zhuǎn)入步驟S16，如果未形成Pin1＜Psh＜Pin2的關(guān)系，則轉(zhuǎn)入步驟S18。
在步驟S18中，將第2次的泵室3的壓力Pin2的值設(shè)為第1次的泵室3的壓力Pin1，回到步驟S12。
并且，在步驟S16中，確認(rèn)壓電元件6的控制是在繼續(xù)進(jìn)行還是已經(jīng)停止，如壓電元件6的控制已停止，則停止處理，如壓電元件6的控制在繼續(xù)，則返回步驟S6。
以上，依據(jù)本實(shí)施例，周期控制電路22，能夠在對(duì)應(yīng)于負(fù)荷壓力的變化、泵室3的壓力增加到超過(guò)預(yù)先設(shè)定的閾值Psh的時(shí)刻，施加下一個(gè)對(duì)壓電元件6的驅(qū)動(dòng)電壓。
而且，如采用壓力傳感器28中負(fù)荷壓力Pfu加上時(shí)的輸出功率值以上的值，由于隔膜5在排出流體體積和吸入流體體積相等，或者吸入流體體積居多的時(shí)刻開(kāi)始位移，可以防止排除流體體積的無(wú)謂的浪費(fèi)，增加泵的排出流體體積。
再有，作為泵壓檢測(cè)裝置，除了用壓力傳感器28以外，也可用應(yīng)變計(jì)或位移傳感器來(lái)測(cè)定隔膜的變形量，然后算出泵室3的壓力。并且，也可用應(yīng)變計(jì)測(cè)定泵體的變形，然后算出泵室3的壓力。并且，也可在入口通路1側(cè)設(shè)置從動(dòng)閥，用應(yīng)變計(jì)或位移傳感器測(cè)定該閥關(guān)閉狀態(tài)下的泵室3的壓力引起的變形，算出泵室3的壓力。并且，為了測(cè)定壓電元件6的位移，也可以在壓電元件6中裝入應(yīng)變計(jì)，從給壓電元件6的施加電壓或施加電荷(目標(biāo)位移量)、應(yīng)變計(jì)的測(cè)定值(實(shí)際位移量)和壓電元件6的楊氏模量算出泵室3的壓力。這些方法不需要在泵室3的內(nèi)部設(shè)置任何東西，從而能夠促進(jìn)泵的小型化。并且，作為應(yīng)變計(jì)，只要是能通過(guò)阻力變化、靜電容量變化或電壓變化來(lái)檢測(cè)變形量的，使用任何類(lèi)型的應(yīng)變計(jì)均可。
并且，壓力傳感器可以設(shè)置在包含泵室和出口流體的泵內(nèi)，設(shè)置在泵室內(nèi)能夠準(zhǔn)確測(cè)定泵內(nèi)部的壓力，比較適合。
接著，用圖10說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例3。
該圖是表示圖8所示的壓力-周期變換電路22d的處理順序的流程圖，由于跟圖8所示的結(jié)構(gòu)相同，驅(qū)動(dòng)裝置20的框圖省略。
首先，在步驟S30中，選擇隔膜5的多個(gè)周期Ti(i＝1、2、3…)中的周期T1。再有，下次以后，改而選擇另一周期Ti。
接著，轉(zhuǎn)入步驟S32，確認(rèn)是否已經(jīng)結(jié)束對(duì)全部周期Ti的后述的運(yùn)算值Fi的計(jì)算，如沒(méi)有結(jié)束則轉(zhuǎn)入步驟S38，如已結(jié)束則轉(zhuǎn)入步驟S36。
在步驟S38中，輸出觸發(fā)信號(hào)Si。
接著，轉(zhuǎn)入步驟S44，用壓力傳感器28測(cè)量泵室3的壓力Pin。
接著，轉(zhuǎn)入步驟S46，確認(rèn)基準(zhǔn)值(預(yù)定值)Pa和泵室3的壓力Pin之間的關(guān)系是否成為Pa≤Pin的關(guān)系。這里，基準(zhǔn)值Pa是壓電元件6驅(qū)動(dòng)前的泵室8的壓力值。在該步驟中，如成為Pa≤Pin的關(guān)系，則轉(zhuǎn)入步驟S50，如未成為Pa≤Pin的關(guān)系，則返回步驟S44。
接著，轉(zhuǎn)入步驟S50，將泵室3的壓力Pin存儲(chǔ)到存儲(chǔ)壓力值Pmj(j＝1、2、3…，在進(jìn)行該步驟的處理時(shí)j值遞增。)，然后轉(zhuǎn)入步驟S5 2，將進(jìn)行該測(cè)量時(shí)的時(shí)刻存儲(chǔ)到經(jīng)過(guò)時(shí)間TMmj(j＝1、2、3…)，然后轉(zhuǎn)入步驟S54。
在步驟S54中，測(cè)定泵室的壓力，確認(rèn)該測(cè)定值Pin和基準(zhǔn)值Pa之間的關(guān)系是否成為Pa＞Pin的關(guān)系。如成為Pa＞Pin的關(guān)系，則轉(zhuǎn)入步驟S56，如未成為Pa＞Pin的關(guān)系，則返回步驟S50。
然后，在步驟S56中，用存儲(chǔ)壓力值Pmj、基準(zhǔn)值Pa、經(jīng)過(guò)時(shí)間TMmj，對(duì)存儲(chǔ)壓力值Pmj與基準(zhǔn)值Pa之差進(jìn)行時(shí)間積分，算出運(yùn)算值Fi，然后返回步驟S30。
然后，在步驟S32中對(duì)隔膜5的整個(gè)周期Ti的運(yùn)算值Fi的運(yùn)算結(jié)束時(shí)轉(zhuǎn)入的步驟S36中，將至此存儲(chǔ)的運(yùn)算值F1、F2、F3…中的最大值算出。
接著，轉(zhuǎn)入步驟S58，在選擇了對(duì)應(yīng)于成為最大值的預(yù)定的運(yùn)算值Fi的隔膜5的周期Ti之后，結(jié)束處理。
然后，驅(qū)動(dòng)裝置20執(zhí)行壓電元件6的驅(qū)動(dòng)控制，以使隔膜5以選擇的周期Ti進(jìn)行位移。
如進(jìn)行以上圖10所示的壓力-周期變換電路22d的處理，能夠選擇相當(dāng)于(3)式的左邊的運(yùn)算值Fi成為最大的周期。另一方面，如果在排出流體體積和吸入流體體積相等，或者吸入流體體積一方多的時(shí)刻以隔膜5開(kāi)始位移的最佳周期進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，如前面說(shuō)明的那樣，由于消除了泵室容積壓縮過(guò)程中排除流體體積的無(wú)謂的浪費(fèi)，跟不以最佳周期驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)合相比，泵室內(nèi)壓上升，泵的排出流體體積增加，而且，相當(dāng)于(3)式的左邊的值也增大。因此，如果按本實(shí)施例那樣控制隔膜的工作周期，能夠以最佳工作周期進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，防止排除流體體積的無(wú)謂的浪費(fèi)，增加泵的排出流體體積。
再有，如對(duì)壓力值Pmj和基準(zhǔn)值Pa之差進(jìn)行時(shí)間積分，能夠高精度地進(jìn)行壓電元件6的控制，但是，也可以使用例如將泵室3的壓力Pin的峰值和基準(zhǔn)值Pa之差與基準(zhǔn)值Pa≤壓力Pin時(shí)的時(shí)間相乘所得的積。
但是，本發(fā)明的泵中，由于與出口通路2連接的出口管路(從出口通路2起的下游側(cè))和泵室3連通，驅(qū)動(dòng)前的泵室3的壓力和負(fù)荷壓力Pfu相等。因此，通過(guò)測(cè)定驅(qū)動(dòng)前的泵室3的壓力，就可獲知負(fù)荷壓力Pfu。
因此，也可以不將壓電元件6驅(qū)動(dòng)前的泵室的壓力設(shè)為基準(zhǔn)值Pa，而用其他方法求出負(fù)荷壓力Pfu，進(jìn)行圖10所示的實(shí)施例3的處理。
作為其他的方法，在事先知道負(fù)荷壓力Pfu的場(chǎng)合最好使用該值，這樣比較簡(jiǎn)便。并且，最好設(shè)置測(cè)定負(fù)荷壓力Pfu的裝置，能夠使用其測(cè)定值跟事先不能估計(jì)的各種各樣的負(fù)荷壓力Pfu對(duì)應(yīng)。并且，如果在泵驅(qū)動(dòng)時(shí)暫時(shí)地停止數(shù)個(gè)波形的驅(qū)動(dòng)(例如，以2kHz驅(qū)動(dòng)時(shí)，在驅(qū)動(dòng)到2000個(gè)波形時(shí)停止10個(gè)波形，又開(kāi)始2000個(gè)波形的驅(qū)動(dòng))，由于在停止期間泵室3的壓力振動(dòng)停止，則該時(shí)的泵室3的壓力跟負(fù)荷壓力Pfu相等。因此，用作為泵壓檢測(cè)裝置的壓力傳感器28的該時(shí)的值作為負(fù)荷壓力Pfu使用，能夠跟各種各樣的負(fù)荷壓力Pfu對(duì)應(yīng)，不用再新設(shè)測(cè)定負(fù)荷壓力的裝置就能得以解決，這一點(diǎn)是很理想的。
并且，預(yù)先通過(guò)實(shí)驗(yàn)等手段求得某個(gè)工作周期時(shí)的運(yùn)算值Fi，以及為以該值為理想的最大運(yùn)算值Fmax而在該工作周期加入的修正量，并將該值作成對(duì)應(yīng)表保存在位移控制裝置的ROM內(nèi)，算出運(yùn)算值Fi時(shí)，參照該對(duì)應(yīng)表來(lái)設(shè)置隔膜5的工作周期的修正裝置，能夠取得同樣的效果，更高速地進(jìn)行位移速度的控制。
接著，圖11與圖12用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例4。如圖11所示，本實(shí)施例的周期控制電路22中設(shè)有I/O端口22a、ROM22b和CPU22c；I/O端口22a被輸入來(lái)自設(shè)于泵內(nèi)的壓力傳感器(泵壓檢測(cè)裝置)28的泵室3的壓力信息。并且，在ROM22b內(nèi)記錄將預(yù)先實(shí)驗(yàn)求得的某個(gè)基準(zhǔn)工作周期T0時(shí)的壓力傳感器28的內(nèi)壓峰值和為以該值設(shè)定最佳周期的修正量作為圖12所示的按負(fù)荷壓力的對(duì)應(yīng)表。
本實(shí)施例的波形發(fā)生電路24輸出第1次的驅(qū)動(dòng)電壓，周期控制電路22以基準(zhǔn)工作周期T0發(fā)生觸發(fā)信號(hào)，波形發(fā)生電路24一開(kāi)始第2次的驅(qū)動(dòng)電壓的輸出，壓力傳感器28的測(cè)定就開(kāi)始，從其測(cè)定值算出峰值后參照ROM22b找到對(duì)應(yīng)的修正值，從下次開(kāi)始，以在基準(zhǔn)工作周期上加上該修正量后的周期來(lái)輸出觸發(fā)信號(hào)。再有，至于負(fù)荷壓力的求取方法，實(shí)施例3中說(shuō)明的所有方法在這里可同樣使用。
本實(shí)施例中，通過(guò)選擇最佳周期并對(duì)壓電元件6供給驅(qū)動(dòng)電壓波形，由于隔膜5在排出流量體積與吸入流量體積相等，或者吸入流量體積多的狀態(tài)下位移，能夠防止排除流體體積的無(wú)謂的浪費(fèi)，使泵的排出流體體積增大。
接著，用圖13與圖14說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例5。
圖13所示的本實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)裝置20中設(shè)有周期控制電路(周期控制裝置)22和電壓波形發(fā)生電路24。周期控制電路22中設(shè)有基于檢測(cè)在泵內(nèi)的入口通路1處設(shè)置的通過(guò)壓力差開(kāi)閉的止回閥4的開(kāi)閉的位移狀態(tài)的位移傳感器30的檢測(cè)值來(lái)發(fā)生觸發(fā)信號(hào)的位移-周期變換電路22e。
圖14是表示位移-周期變換電路22e的處理順序的流程圖。
首先，在步驟S60中，設(shè)定與關(guān)閉入口通路1的止回閥1大體關(guān)閉時(shí)的位移量相當(dāng)?shù)拈撝礨0。
接著，轉(zhuǎn)入步驟S62，輸出觸發(fā)信號(hào)。
接著，轉(zhuǎn)入步驟S64，確認(rèn)電壓波形的1次輸出是否結(jié)束，如結(jié)束則轉(zhuǎn)入步驟S66。
在步驟S66中，通過(guò)位移傳感器30測(cè)量止回閥1的位移量X。
接著，轉(zhuǎn)入步驟S68，確認(rèn)關(guān)閉入口通路1的止回閥1的位移量(閾值)X0和、測(cè)量的位移量X之間的關(guān)系是否成為X≤X0。如成為X≤X0的關(guān)系，則轉(zhuǎn)入步驟S70，如未成為X≤X0的關(guān)系，則返回步驟S66。
在步驟S70中，確認(rèn)是繼續(xù)還是停止對(duì)壓電元件6的控制，如停止對(duì)壓電元件6的控制，則停止處理，如繼續(xù)對(duì)壓電元件6的控制，則返回步驟S62。
本實(shí)施例中利用了這樣的情況在1個(gè)周期的驅(qū)動(dòng)電壓的施加結(jié)束后，吸入流體體積的增加量逐漸地多于排出流體體積的增加量，在排出流體體積和吸入流體體積大致成為相等時(shí)，吸入閥關(guān)閉。因此，在位移-周期變換電路22e止回閥1將入口通路1關(guān)閉的狀態(tài)的時(shí)刻，進(jìn)行下次對(duì)壓電元件6施加驅(qū)動(dòng)電壓的處理，從而隔膜5在排出流體體積和吸入流體體積大致相等的時(shí)刻開(kāi)始位移，因此，能夠防止流體體積的無(wú)謂的浪費(fèi)，使泵的排出流體體積增加。
并且，本實(shí)施例中，由于在止回閥1關(guān)閉后驅(qū)動(dòng)壓電元件6，因此，也能防止隔膜5的排除流體體積從入口通路1倒流而造成損失。
接著，用圖15與圖16說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例6。
圖15所示的本實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)裝置20中設(shè)有周期控制電路(周期控制裝置)22和電壓波形發(fā)生電路24；周期控制電路22中設(shè)有基于設(shè)置在泵內(nèi)的出口通路2上的流速傳感器(流速測(cè)定裝置)30的檢測(cè)值，發(fā)生觸發(fā)信號(hào)的流速-周期變換電路22f。
圖16是表示流速-周期變換電路22f的處理順序的流程圖。
首先，在步驟S72中，選擇隔膜5的多個(gè)周期Ti(i＝1、2、3...)中的周期T1。再有，下次以后改而選擇另一周期Ti。
接著，轉(zhuǎn)入步驟S74，確認(rèn)是否已經(jīng)結(jié)束對(duì)全部周期Ti后述的流速差ΔVi的計(jì)算，如果沒(méi)有結(jié)束，則轉(zhuǎn)入步驟S80，如果已經(jīng)結(jié)束，則轉(zhuǎn)入步驟S78。
在步驟S80中，輸出觸發(fā)信號(hào)Si。
接著，轉(zhuǎn)入步驟S84，算出出口通路2的最大流速Vmax。
接著，轉(zhuǎn)入步驟S86，算出出口通路2的最小流速Vmin。
接著，轉(zhuǎn)入步驟S90，算出最大流速Vmax和最小流速Vmin的流速差ΔV。
接著，轉(zhuǎn)入步驟S92，將流速差ΔV存入存儲(chǔ)流速值ΔVi(i＝1、2、3...)，然后返回步驟S72。
然后，在對(duì)整個(gè)周期Ti的流速差ΔVi的計(jì)算結(jié)束后，轉(zhuǎn)入步驟S78，算出至此存儲(chǔ)的速度差ΔV1、ΔV2、ΔV3…中的最大值。
接著，轉(zhuǎn)入步驟S94，在選擇與成為最大值的預(yù)定的速度差ΔVi對(duì)應(yīng)的周期Ti后，結(jié)束處理。
然后，驅(qū)動(dòng)裝置20進(jìn)行壓電元件6的驅(qū)動(dòng)控制，以使隔膜5以選擇的周期Ti產(chǎn)生位移。
以上，本實(shí)施例中，利用了以下兩點(diǎn)如(3)式所示的積分期間的流體體積速度的差跟泵室3的壓力和負(fù)荷壓力之間的差壓的時(shí)間積分值的1對(duì)1的對(duì)應(yīng)關(guān)系；以及越是以良好的工作周期驅(qū)動(dòng)隔膜，其時(shí)間積分值越大。因此，如進(jìn)行圖16所示的流速-周期變換電路22f的處理，就能夠以最佳工作周期驅(qū)動(dòng)隔膜，防止排除流體體積的無(wú)謂的浪費(fèi)，增加泵的排出流體體積，提供驅(qū)動(dòng)效率良好的泵。
接著，圖17是表示實(shí)施例7的流速-周期變換電路22f的處理順序的流程圖。
首先，在步驟S100中，設(shè)定出口通路2的流速的閾值Vsh。
接著，轉(zhuǎn)入步驟S102，輸出觸發(fā)信號(hào)。
接著，轉(zhuǎn)入步驟S104，確認(rèn)電壓波形的一次輸出是否結(jié)束，如果已經(jīng)結(jié)束，則轉(zhuǎn)入步驟S106。
在步驟S106中，用流速傳感器32測(cè)量第1次的出口通路2的流速Vin1。
接著，轉(zhuǎn)入步驟S108，用流速傳感器32測(cè)量第2次的出口通路2的流速Vin2。
接著，轉(zhuǎn)入步驟S110，確認(rèn)閾值Vsh、第1次的出口通路2的流速Vin1和第2次的出口通路2的流速Vin2的關(guān)系是否成為Vin1＜Vsh＜Vin2的關(guān)系。如果成為Vin1＜Vsh＜Vin2的關(guān)系，則轉(zhuǎn)入步驟S112，如果沒(méi)有成為Vin1＜Vsh＜Vin2的關(guān)系，則轉(zhuǎn)入步驟S114。
在步驟S114中，以第2次的出口通路2的流速Vin2的值作為第1次的出口通路2的流速Vin1，然后返回步驟S108。
并且，在步驟S112中，確認(rèn)是繼續(xù)還是停止對(duì)壓電元件6的控制，如果停止對(duì)壓電元件6的控制，就停止處理，如果繼續(xù)對(duì)壓電元件6的控制，就返回步驟S102。
以上，本實(shí)施例中利用了如下情況如圖2所示，出口通路2內(nèi)的流體，驅(qū)動(dòng)電壓的一次施加結(jié)束后，在泵內(nèi)壓比負(fù)荷壓力還低的期間流速減少，但是，在排出流體體積和吸入流體體積相等，或者吸入流體體積一方多時(shí)，泵內(nèi)壓變得比負(fù)荷壓力高，出口通路2內(nèi)的流速開(kāi)始增加。因此，如本實(shí)施例的流速-周期變換電路22f那樣，如果在出口通路2的流速增加的時(shí)刻，進(jìn)行施加對(duì)下一壓電元件6的驅(qū)動(dòng)電壓的控制，則由于排出流體體積和吸入流體體積相等，或者吸入流體體積一方多的時(shí)刻，隔膜5開(kāi)始位移，因此，可以防止排除流體體積的無(wú)謂浪費(fèi)，增加泵的排出流體體積。
并且，也有這樣的方法預(yù)先用實(shí)驗(yàn)按隔膜的位移速度并按負(fù)荷壓力求得以某個(gè)基準(zhǔn)周期T0使隔膜運(yùn)動(dòng)時(shí)的流速峰值，以及將該值設(shè)為最大流速峰值時(shí)對(duì)基準(zhǔn)周期所加的修正量，作為對(duì)應(yīng)表預(yù)先記錄在周期制御電路22的構(gòu)成部分ROM等(未作圖示)中。這種場(chǎng)合，在事先獲知隔膜位移速度、負(fù)荷壓力的條件下，以某個(gè)基準(zhǔn)周期T0使隔膜運(yùn)動(dòng)時(shí)，開(kāi)始用流速傳感器32進(jìn)行測(cè)定，從該測(cè)定值算出峰值后，參照ROM的對(duì)應(yīng)表找到對(duì)應(yīng)的修正量，從下次開(kāi)始，用在基準(zhǔn)周期T0上加了該修正量的周期輸出觸發(fā)信號(hào)。盡管這樣，也能獲得跟上述實(shí)施例同樣的效果。
再有，作為流速傳感器32，可以用超聲波式、將流速變換為壓力來(lái)測(cè)定的方式，或者紅外線式的流速傳感器等。并且，流速傳感器32的位置可以設(shè)在包含出口通路的下游側(cè)。
另外，圖18表示本發(fā)明實(shí)施例8。
本實(shí)施例中，泵的出口通路2與可以存積流體的箱體40連接。該箱體40和設(shè)在其內(nèi)部的液面?zhèn)鞲衅?2構(gòu)成移動(dòng)流體體積測(cè)定裝置，來(lái)自液面?zhèn)鞲衅?2的液面高度的檢測(cè)信息輸入到驅(qū)動(dòng)裝置20。
箱體40最初設(shè)置為空的。然后，流體一從泵的出口通路2排出，驅(qū)動(dòng)裝置20就測(cè)量排出時(shí)間和液面高度，算出隔膜5的每單位時(shí)間的排出體積。而且，適當(dāng)設(shè)定隔膜5的工作周期，以使該排出體積成為最大。結(jié)果，能夠以每單位時(shí)間的排出流體體積成為最大的最佳工作周期使隔膜運(yùn)動(dòng)，從而能提供驅(qū)動(dòng)效率高的泵。
并且，除了采用這樣的箱體40和設(shè)于其內(nèi)部的液面?zhèn)鞲衅?2的移動(dòng)流體體積測(cè)定裝置外，還有在入口通路1或出口流路2處設(shè)置脈動(dòng)吸收用的緩沖器(未作圖示)，并設(shè)有測(cè)定該緩沖器膜的位移量并輸出至驅(qū)動(dòng)裝置20的移動(dòng)流體體積測(cè)定裝置，可將隔膜5的工作周期設(shè)定得使緩沖器的膜的位移量成為最大。這是因?yàn)?，由于每個(gè)泵動(dòng)周期的排出流體體積(＝吸入流體體積)越多緩沖器膜振動(dòng)的振幅也越大，因此，緩沖器膜的位移量成為最大時(shí)，每個(gè)泵動(dòng)周期的排出流體體積(＝吸入流體體積)也成為最大。
綜上所述，本發(fā)明的泵中，可以只在入口通路設(shè)置閥，由于可以只在入口通路設(shè)置閥等的流體阻力部件，能夠減少流體阻力部件處的壓力損失，并提高泵的可靠性。
并且，由于在柱塞或隔膜和驅(qū)動(dòng)它們的執(zhí)行元件之間不設(shè)置位移擴(kuò)大機(jī)構(gòu)，閥中不利用粘性阻力，因此能夠應(yīng)對(duì)高頻驅(qū)動(dòng)。因此，能夠提供充分發(fā)揮執(zhí)行元件性能的小型輕量且高輸出功率的泵。
并且，通過(guò)設(shè)置周期控制裝置，能夠防止排除流體體積的無(wú)謂浪費(fèi)；由于這一部分的泵排出流體體積、排出壓力的增加，能夠提供驅(qū)動(dòng)效率的良好的泵。
權(quán)利要求
1.一種泵，其中設(shè)有使柱塞或隔膜等可動(dòng)壁位移的執(zhí)行元件，驅(qū)動(dòng)控制該執(zhí)行元件的驅(qū)動(dòng)裝置，可通過(guò)所述可動(dòng)壁的位移改變?nèi)莘e的泵室，使工作流體流入所述泵室的入口通路，以及使工作流體流出所述泵室的出口通路，其特征在于所述出口通路在泵工作時(shí)與所述泵室連通，所述入口通路的合成粘滯值比所述出口通路的合成粘滯值小，所述入口通路中設(shè)有使工作流體流入泵室時(shí)的流體阻力比流出時(shí)的流體阻力小的流體阻力元件；所述驅(qū)動(dòng)裝置中設(shè)有改變所述可動(dòng)壁的動(dòng)作周期的周期控制裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于所述周期控制裝置根據(jù)從所述出口通路起始的下游側(cè)的負(fù)載壓力來(lái)改變所述可動(dòng)壁的動(dòng)作周期。
3.如權(quán)利要求1或2所述的泵，其特征在于所述周期控制裝置根據(jù)所述可動(dòng)壁的泵室容積壓縮行程的位移時(shí)間、位移量或位移速度來(lái)改變所述可動(dòng)壁的動(dòng)作周期。
4.如權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于所述周期控制裝置基于檢測(cè)所述泵的內(nèi)部壓力的泵壓檢測(cè)裝置的檢測(cè)信息，改變所述可動(dòng)壁的動(dòng)作周期。
5.如權(quán)利要求4所述的泵，其特征在于所述周期控制裝置在上次可動(dòng)壁的動(dòng)作結(jié)束后，所述泵壓檢測(cè)裝置測(cè)出壓力上升時(shí)，進(jìn)行使下次可動(dòng)壁動(dòng)作開(kāi)始的控制。
6.如權(quán)利要求4所述的泵，其特征在于所述周期控制裝置基于用預(yù)定值與所述泵壓檢測(cè)裝置的檢測(cè)值得到的計(jì)算值，改變所述可動(dòng)壁的動(dòng)作周期。
7.如權(quán)利要求6所述的泵，其特征在于所述預(yù)定值是驅(qū)動(dòng)所述執(zhí)行元件前所述泵壓檢測(cè)裝置測(cè)定的所述泵室的壓力。
8.如權(quán)利要求6所述的泵，其特征在于所述預(yù)定值是加了上次的驅(qū)動(dòng)波形后又經(jīng)過(guò)預(yù)定的時(shí)間之后，所述泵壓檢測(cè)裝置測(cè)定的所述泵室的壓力。
9.如權(quán)利要求6所述的泵，其特征在于所述預(yù)定值是預(yù)先輸入的、與從所述出口通路起始的下游側(cè)的負(fù)載壓力大致相當(dāng)?shù)闹怠?br> 10.如權(quán)利要求6所述的泵，其特征在于設(shè)有檢測(cè)從所述出口通路起始的下游側(cè)的負(fù)載壓力的負(fù)載壓力檢測(cè)裝置，所述預(yù)定值是所述負(fù)載壓力檢測(cè)裝置的測(cè)定值。
11.如權(quán)利要求6至10中任一項(xiàng)所述的泵，其特征在于所述計(jì)算值是關(guān)于所述泵壓檢測(cè)裝置檢測(cè)的檢測(cè)值成為所述預(yù)定值以上的期間，對(duì)所述檢測(cè)值與所述預(yù)定值之差進(jìn)行時(shí)間積分而得到的計(jì)算值。
12.如權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于在所述入口通路設(shè)有從動(dòng)型的閥，所述周期控制裝置檢測(cè)所述閥的位移，并基于該檢測(cè)值改變所述可動(dòng)壁的動(dòng)作周期。
13.如權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于所述周期控制裝置基于檢測(cè)包含從所述出口通路起始的下游側(cè)的流速的流速測(cè)定裝置的檢測(cè)信息，改變所述可動(dòng)壁的動(dòng)作周期。
14.如權(quán)利要求13所述的泵，其特征在于所述周期控制裝置在上次可動(dòng)壁動(dòng)作結(jié)束后，所述流速測(cè)定裝置檢測(cè)到流速增加以后，進(jìn)行使下次可動(dòng)壁的動(dòng)作開(kāi)始的控制。
15.如權(quán)利要求13所述的泵，其特征在于所述周期控制裝置根據(jù)所述流速測(cè)定裝置測(cè)定流速的最大值與最小值之差改變所述可動(dòng)壁的動(dòng)作周期。
16.如權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于所述周期控制裝置基于檢測(cè)所述入口通路的吸液體積或所述出口通路的排液體積的移動(dòng)流體體積測(cè)定裝置的檢測(cè)信息，改變所述可動(dòng)壁的動(dòng)作周期。
17.如權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的泵，其特征在于所述執(zhí)行元件是壓電元件。
18.如權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的泵，其特征在于所述執(zhí)行元件是超磁應(yīng)變?cè)?br> 19.一種泵，其中設(shè)有使柱塞或隔膜等可動(dòng)壁位移的執(zhí)行元件，驅(qū)動(dòng)控制該執(zhí)行元件的驅(qū)動(dòng)裝置，可通過(guò)所述可動(dòng)壁的位移改變?nèi)莘e的泵室，使工作流體流入所述泵室的入口通路，以及使工作流體流出所述泵室的出口通路，其特征在于所述入口通路中，設(shè)有工作流體流入泵室時(shí)的流體阻力比流出時(shí)的流體阻力小的流體阻力元件，所述驅(qū)動(dòng)裝置在泵內(nèi)壓力變動(dòng)成為一個(gè)周期的期間，多次驅(qū)動(dòng)所述執(zhí)行元件。
20.一種泵，其中設(shè)有使柱塞或隔膜等可動(dòng)壁位移的執(zhí)行元件，驅(qū)動(dòng)控制該執(zhí)行元件的驅(qū)動(dòng)裝置，可通過(guò)所述可動(dòng)壁的位移改變?nèi)莘e的泵室，使工作流體流入所述泵室的入口通路，以及使工作流體流出所述泵室的出口通路，其特征在于所述入口通路中，設(shè)有工作流體流入泵室時(shí)的流體阻力比流出時(shí)的流體阻力小的流體阻力元件，所述泵室的容積改變量成為最大的頻率和泵內(nèi)流體的共振頻率大致相等。
21.如權(quán)利要求19或20所述的泵，其特征在于所述入口通路的合成粘滯值比所述出口通路的合成粘滯值小。
22.如權(quán)利要求19至21中任一項(xiàng)所述的泵，其特征在于所述出口通路在泵工作時(shí)和所述泵室連通。
23.如權(quán)利要求19至22所述的泵，其特征在于所述執(zhí)行元件是壓電元件。
24.如權(quán)利要求19至22所述的泵，其特征在于所述執(zhí)行元件是超磁應(yīng)變?cè)?br> 全文摘要
本發(fā)明目的在于提供一種驅(qū)動(dòng)效率良好的泵，該泵減少了機(jī)械開(kāi)閉閥的個(gè)數(shù)，減少了壓力損失并提高了可靠性，對(duì)應(yīng)于高負(fù)荷壓力、高頻率驅(qū)動(dòng)，使每一周期泵動(dòng)的排出流體體積增加。設(shè)于泵體7底部的圓形隔膜5的外周邊固定在泵體7上。隔膜的底面上設(shè)置驅(qū)動(dòng)隔膜5的壓電元件6。隔膜5和泵體7的上壁之間的空間為泵室3，設(shè)有朝向該泵室的流通阻力元件即止回閥4的入口通路1和在泵工作時(shí)通常與泵室連通的出口通路2均開(kāi)口。該泵通過(guò)周期控制裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)控制壓電元件，以形成使泵排出流體體積、排出壓力增加的隔膜的周期。
文檔編號(hào)F04B9/00GK1467375SQ0314245
公開(kāi)日2004年1月14日 申請(qǐng)日期2003年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月3日
發(fā)明者高城邦彥, 瀨戶毅 申請(qǐng)人:精工愛(ài)普生株式會(huì)社