KR100873554B1

KR100873554B1 - 액체 토출 제어장치

Info

Publication number: KR100873554B1
Application number: KR1020077009503A
Authority: KR
Inventors: 하루노리 키타하라; 쯔카사 호조
Original assignee: 마쯔시타 일렉트릭 워크, 리미티드
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2008-12-12
Also published as: US20090196778A1; KR20070057988A; CN101052802B; WO2006068263A1; US7942650B2; EP1828601A1; CN101052802A

Abstract

압전형 격막펌프를 사용하는 액체 토출 제어장치에 있어서, 축적기는 액체축적공동을 구비하며, 이동부재는 격막펌프의 출구에 연결된다. 격막펌프의 토출작동에서, 액체축적공동의 액체량은 급속 증가되며, 이동부재는 액체축적공동의 부피를 증가시키기 위해서 탄성적으로 변형된다. 택일적으로, 흡입작동에서, 액체의 역류가 발생할 때, 격막펌프의 출구에 연결되는 경로상 액체량은 역류에 기인하여 감소된다. 액체의 감소는 축적기의 액체축적공동의 부피감소에 의해서 보상될 수 있다. 이에 의해, 축적기의 출구로부터 토출되는 액체량 변화는 감소되며 액체는 원활하게 토출될 수 있다.

액체토출, 제어장치, 압전형, 격막펌프, 축적기, 액체축적공동

Description

액체 토출 제어장치{LIQUID DISCHARGE CONTROL APPARATUS}

본 발명은 이동부재로서 압전소자를 사용하는 압전형 격막펌프를 구비한 액체 토출 제어장치에 관한 것이다.

압전형 격막펌프는 흡입밸브로부터 동작유체를 흡입하며, 압전소자의 격막 변형에 기인하여 펌프실의 내부부피를 증가하고 감소함에 의해서 배기밸브로부터 동작유체를 토출한다. 격막은 디스크 형상 압전부재의 상부 및 하부면에 구비된 전극쌍을 갖는다. 전압이 전극간에 인가될 때, 압전부재는 변형되어서, 격막펌프의 격막이 변형되고 동작유체는 흡입되거나 토출된다. 격막펌프에 의한 동작유체의 흡입 및 토출 용도에 관해서, 연료셀에 극소량의 알코올을 공급하거나 물의 정전기적 분무가 인용될 수 있다. 상기와 같은 구성에서, 토출노즐의 전단부에서 액체의 액체단계 형상(또는 안면 위치) 및 토출된 액체의 유속이 안정한 것이 바람직하다. 그러나, 흡입행정 및 토출행정은 격막펌프 같은 왕복운동펌프에서 택일적으로 작동되어서, 토출된 액체의 맥동량이 일반적으로 커지게 된다. 다른 한편으로, 수동밸브를 사용하는 펌프에서 밸브의 스위칭 작동때문에 역류가 발생한다. 상기 역류는 능동밸브를 사용함으로써 감소될 수 있지만, 비용증가를 유발한다.

일본 공개특허공보 제 63-275888호는 격막, 플런저 또는 기어펌프를 사용함 으로서 배관에서의 액체흐름상 맥동의 발생을 방지하기 위한 상용 장치를 개시한다. 상기 상용 장치는 가요성 파이프 또는 가요성 공심구 부재, 및 파이프 개구 또는 공심구 부재의 횡단면을 제한하기 위한 탄성부재로서 구성된다. 액체가 임의 압력으로 흐를 때, 탄성부재는 액체의 압력에 일치하는 파이프 개구 또는 공심구 부재의 횡단면을 변화하도록 변형되어서, 액체압력의 변화가 흡수될 수 있다. 그러나, 압력변화에 대한 탄성부재의 응답이 느려지므로, 가요성 파이프 또는 공심구 부재의 내부부피 변화가 느려진다. 결과적으로, 상기 상용 장치는 상대적으로 큰 맥동에 응답할 수 있지만, 미세 역류에 대하여는 응답할 수 없다.

또한, 일본 특허공개공보 제10-75856호는 공기펌프로부터 압력배관에 이르는 통로에 제공된 긴 가요성 관을 구비하며 자연상태에서 소정의 내부치수를 구비한 상용의 펌프장치를 개시한다. 가요성 관의 내부에 압력이 작용할 때, 압력에 의해서 가요성 관은 팽창되어서, 액체흐름의 맥동이 감소될 수 있다. 펌프장치는 가요성 관을 사용하기 때문에, 미세 역류에 응답할 수 없다.

또한, 일본 공개특허공보 제11-281437호는 정확하게 유속을 측정하기 위해서 액체흐름의 맥동을 흡수하는 상용의 유량계를 개시한다. 그러나, 유량계는 역류를 가정하지 않는다.

본 발명은 전술한 상용 장치의 문제점을 해결하기 위해서 고안되며, 액체흐름의 맥동을 크게 감소시킬 수 있는 압전형 격막펌프를 사용하는 액체 토출 제어장치를 제공하도록 제시된다.

본 발명의 측면과 일치하여 액체 토출 제어장치는, 압력차에 의해 개방 및 폐쇄되는 제어밸브 및 액츄에이터를 구동하는 데 제공되는 압전소자를 구비한 압전형 격막펌프; 액체축적공동(liquid accumulation cavity), 및 탄성 변형에서 2개의 평형점을 갖으며 액체축적공동안으로 액체유량의 변화에 의한 평형점 사이에서 탄성적으로 변형되어 액체량의 증가 및 감소에 일치하여 액체축적공동의 부피를 증가 및 감소함으로써 축적기로부터 토출되는 액체량의 변화가 감소될 수 있는 이동부재를 구비하며, 격막펌프의 출구에 연결되는 축적기;를 포함한다.

상기 형상에 의하면, 격막펌프의 제어밸브가 액체의 토출작동에서 개방될 때, 격막펌프의 출구에 연결되는 통로상 액체량은 급속히 증가되며, 액체량의 증가는 축적기의 액체축적공동의 부피증가에 의해서 흡수될 수 있다. 택일적으로, 격막펌프의 제어밸브가 액체의 흡입작동에서 폐쇄될 때, 격막펌프로 흐르는 액체의 역류는 격막펌프의 출구에 연결되는 통로에서 발생한다. 격막펌프의 출구에 연결되는 통로상 액체량이 역류의 발생으로 감소됨에도, 축적기의 출구로부터 토출되는 액체의 감소는 축적기의 액체축적공동의 부피 감소에 의해서 보상될 수 있다. 이에 의해, 축적기의 출구로부터 토출된 액체량의 변화는 감소되며 액체는 원활히 토출될 수 있다.

축적기의 이동부재는 이동부재가 변형되지 않는 탄성 변형에서의 2개의 평형점을 갖기 때문에, 이동부재는 축적기의 액체축적공동에서 액체의 양 또는 압력의 변화에 의한 상기 2개의 평형점 사이에서 변형되거나 변위된다. 그러므로, 이동부재의 변형 또는 변위는 신속 및 원활히 수행될 수 있다.

도1은 본 발명의 제1실시예에 의한 액체 토출 제어장치의 개략적인 형상을 도시한 단면도이다.

도2는 제1실시예에서 액체 토출 제어장치에서 사용되는 축적기의 이동부재의 탄성적 변형의 2개의 평형상태를 도시한 단면도이다.

도3은 제1실시예에서 액체 토출 제어장치에서 사용되는 압전형 격막펌프의 상세한 형상을 도시한 단면도이다.

도4a는 전압이 역방향으로 압전소자에 인가될 때 압전소자의 변형을 도시한 개략적인 도면이다.

도4b는 전압이 정방향으로 압전소자에 인가될 때 압전소자의 변형을 도시한 개략적인 도면이다.

도5a는 전압이 압전소자에 적용되지 않고 격막펌프의 격막판이 제1실시예에서 휘어지지 않는 초기상태를 도시한 단면도이다.

도5b는 소정전압이 압전소자에 적용되며 격막판이 제1 실시예에서 압전소자의 변형에 일치하여 휘어지는 상태를 도시한 단면도이다.

도6a 내지 6c는 제1 실시예에서 격막펌프의 흡입작동을 각각 도시한 단면도이다.

도6d 내지 6f는 제1 실시예에서 격막펌프의 토출작동을 각각 도시한 단면도이다.

도7a는 맥동전압이 격막펌프의 압전소자에 적용될 때 격막펌프로부터 토출되 는 동작유체의 순간유속을 도시한 그래프이다.

도7b는 역류가 발생하지 않을 때 액체 토출 제어장치의 노즐로부터 토출되는 액체 전면의 변화를 도시한 그래프이다.

도7c는 역류가 발생할 때 액체 토출 제어장치의 노즐로부터 토출되는 액체 전면의 변화를 도시한 그래프이다.

도8a는 격막펌프의 토출밸브를 페쇄하기 전 상태를 도시한 단면도이다.

도8b는 격막펌프의 토출밸브를 페쇄한 후 상태를 도시한 단면도이다.

도9는 축적기가 제공되지 않을 때 격막펌프로부터 토출되는 액체량 변화를 도사한 그래프이다.

도10a는 축적기의 액체축적공동의 부피가 증가되는 상태를 도시한 단면도이다.

도10b는 축적기의 액체축적공동의 부피가 감소되는 상태를 도시한 단면도이다.

도11은 축적기가 제공될 때 격막펌프로부터 토출되는 액체량 변화를 도시한 그래프이다.

도12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액체 토출 제어장치의 개략적인 형상을 도시한 단면도이다.

도13a는 제2 실시예에서 축적기의 형상을 도시한 단면투시도이다.

도13b 내지 13f는 제2 실시예에서 축적기를 구성하는 소자의 형상을 각각 도시한 단면도이다.

도13g 내지 13k는 제2 실시예에서 축적기를 구성하는 소자의 형상을 각각 도시한 단면투시도이다.

도14a는 축적기의 벨로우즈형 이동부재가 제2실시예에서 팽창되는 상태를 도시한 단면도이다.

도14b는 축적기의 벨로우즈형 이동부재가 제2실시예에서 수축되는 상태를 도시한 단면도이다.

도15는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액체 토출 제어장치의 개략적인 형상을 도시한 단면도이다.

도16는 본 발명의 제4 실시예에 따른 액체 토출 제어장치의 개략적인 형상을 도시한 단면도이다.

도17a는 도16에서 도시된 격막펌프의 출구 배관의 점 P에서 액체량 변화를 도시한 그래프이다.

도17b는 도16의 축적기의 출구 점 Q에서 액체량 변화를 도시한 그래프이다.

도18은 본 발명의 제5 실시예에 따른 액체 토출 제어장치의 개략적인 형상을 도시한 단면도이다.

도19a는 본 발명의 제7 실시예에 따른 액체 토출 제어장치의 개략적인 형상을 도시한 단면도이다.

도19b, 19c 및 19d는 도19a에서 점P, Q 및 R에서 토출된 액체량 변화를 각각 도시한 그래프이다.

도20a는 본 발명의 제8 실시예에 따른 액체 토출 제어장치의 개략적인 형상 을 도시한 단면도이다.

도20b, 20c, 20d는 도20a에서 점P,Q 및 S에서 토출된 액체량 변화를 각각 도시한 그래프이다.

도21a는 본 발명의 제9 실시예에 따른 액체 토출 제어장치의 개략적인 형상을 도시한 단면도이다.

도21b는 제9 실시예에서 변형된 제1 축적기의 형상을 도시한 투시도이다.

도22a는 본 발명의 제11 실시예에 따른 액체 토출 제어장치의 개략적인 형상을 도시한 단면도이다.

도22b는 제11 실시예의 격막펌프의 토출작동에서 제2 축적기의 상태를 도시한 단면도이다.

도22c는 제11 실시예의 격막펌프의 흡입작동에서 제2 축적기의 상태를 도시한 단면도이다.

도22d는 도22b 및 22c에서 기호 "A"로 표시된 부분을 도시한 단면도이다.

도22e는 제11 실시예의 제2 축적기의 액체축적공동에 흐르는 액체의 순간속도 또는 양의 시간상 변화를 도시한 그래프이다.

[제1 실시예]

본 발명의 제1실시예에 따른 압전형 격막펌프를 구비한 액체 토출 제어장치가 도1, 2를 참조하여 설명된다. 도1은 제1실시예에서 액체 토출 제어장치의 개략적인 형상을 도시한 단면도이다. 액체 토출 제어장치는 압전형 격막펌프(1), 토출 되는 액체가 함유되는 액체탱크(2), 액체가 토출되는 노즐(3), 격막펌프(1) 및 격막펌프(1)에서 발생되는 역류를 감소하기 위한 노즐(3) 사이에 제공되는 축적기(제1 축적기,5)를 포함한다.

격막펌프(1)는 압전소자의 구동력에 의해 구동되는 격막판 (압전 액츄에이터, 13), 액체의 흐름방향 및 압력차에 의해서 택일적으로 개방되고 폐쇄되는 흡입밸브(16a), 토출밸브(제어밸브,16b)을 포함한다. 격막펌프(1)의 내부공간(14)의 부피가 격막판(13)의 변형에 일치하여 변화하기 때문에, 흡입밸브(16a) 및 토출밸브(16b)가 내부공간(14)의 부피변화에 의해서 유발되는 압력차에 의해서 택일적으로 개방되고 폐쇄됨으로써, 액체탱크(2)에 함유된 액체는 노즐(3)로부터 토출될 수 있다. 흡입밸브(16a)는 흡입배관(18a) 및 내부공간(14) 사이에 제공되며 토출밸브(16b)는 내부공간(14) 및 토출배관(18b) 사이에 배치된다. 펌프(1)가 흡입운동일 때, 토출밸브(16b)는 폐쇄되나, 역류가 액체의 토출방향에 대하여 반대방향으로 발생한다.

축적기(5)는, 디스크 형상 탄성 격막이며 격막펌프(1)로부터 흐르는 액체의 압력에 의해서 변형되는 이동부재, 하우징(52), 격막펌프(1)로부터 흐르는 액체가 일시적으로 축적되는 액체축적공동(56), 및 이동부재(51)를 접어넣기 위한 조임부재(53)를 포함한다. 이동부재(51)는 미리 요면된 초기상태에서 설정된다. 액체축적공동(56)은 입구(54) 및 출구(55)에 연결된다. 액체의 압력에 의해 변형되는 이동부재(51)는 탄성 변형의 2개의 평형점을 갖는다. 이동부재(51)가 액체 압력의 변화에 일치하는 상기 평형점 사이에서 이동되므로, 이는 토출밸브(16b)의 작동에 기인한 역류를 감소시킨다. 이동부재(51)에 있어서, 탄성막이 예로서 사용된다. 그러나, 이동부재는 탄성막에 제한되지 않으며, 다양한 종류의 탄성소재가 본 발명에서 격막펌프의 용도 또는 성능에 적절하도록 사용될 수 있다

축적기(5)에서, 액체축적공동(56)에서 흐르는 액체의 양 또는 압력이 역류때문에 감소될 때, 이동부재(51)는 액체축적공동(56)의 부피를 감소하기 위해서 도1에서 화살표로 도시된 대로 초기상태로부터 변형되며, 액체축적공동(56)의 액체는 강제 토출된다. 이에 의해, 토출밸브(16b)의 작동에 의해 발생되는 역류에 기인한 액체량의 감소는 이동부재(51)의 변형에 의해 강제 토출되는 액체의 양에 의해 보상된다. 택일적으로, 역류에 기인한 액체흐름의 압력강하가 소산될 때, 이동부재(51)는 초기상태로 회수된다. 상기 방식으로, 이동부재(51)는 액체축적공동(56)의 액체 부피를 제어해서 액체는 출구(55)로부터 원활하게 토출될 수 있다.

도2에서 도시된 듯이, 축적기(5)의 이동부재(51)는 가요성 소재로 제조된 탄성막으로 구성되며, 액체의 압력에 의해 탄성적으로 변형될 수 있는 중앙부(51m) 및 조임부재(53)에 의한 하우징(52)에 고정된 둘레부(51n)를 구비한다. 중앙부(51m)는, 소정방향으로 미리 요면되고 도2에서 실선에 의해 예시된 초기 평형상태(51a) 및 대향된 방향으로 미리 볼록되고 도2에서 점선에 의해 예시된 변형된 평형상태(51b)를 갖는다. 여기서, 제1실시예의 평형상태는 이동부재(51)가 탄성적으로 변형되는 상태로서 정의되며, 이동부재(51)는 이동부재(51)에 적용되는 외력과 이동부재(51)의 탄성력이 균형됨에 의해서 정지된다. 평형상태에서, 이동부재는 반드시 탄성적으로 변형됨이 필요치는 않다.

이동부재(51)의 평형상태(51a)는 액체흐름의 압력이 역류에 기인하여 낮아지며 액체축적공동(56)의 부피가 최소가 되는 상태에 일치한다. 이동부재(51)의 평형상태(51b)는 액체흐름의 압력이 비역류에 기인하여 높아지며 액체축적공동(56)의 부피가 최대가 되는 상태에 일치한다.

이동부재(51)가 상기 2개의 평형상태(51a, 51b)중의 하나인 상태일 때, 각 평형상태에서의 탄성 변형은 0이므로, 평형상태(51a)의 부피는 일정하게 된다.

이동부재(51)는 그 자체로 작은 탄성막의 팽창과 수축 및 각 평형상태에서의 탄성 변형이 0이 되고, 이에 의해서 평형상태에서 액체유량의 맥동이 발생하지 않도록 제조된다. 이에 의해, 이동부재(51)는 평형상태(51a, 51b)간에서 신속히 이동될 수 있다. 상기 이동부재(51)의 신속 응답에 의해서, 축적기(5)는 역류의 발생 또는 소산에 기인한 액체유량의 미세 변화에 응답할 수 있게 되며, 따라서 역류의 영향이 감소될 수 있다. 이동부재(51)의 중앙부(51m)가 제1실시예에서 소정방향으로 미리 요면되도록 형성되었어도, 2개의 평형상태를 취할 수 있지만, 중앙부를 평편형 및 액체유량의 압력변화에 의해서 변형된 오목 또는 볼록으로서 사전 형성하는 것이 가능하다.

상기 형성된 액체 토출 제어장치에서, 격막펌프(1)가 구동될 때, 액체탱크(2)에 함유된 액체는 흡입배관(18a) 및 흡입밸브(61a)를 통하여 내부공간(14)안으로 흐르며, 부가적으로 토출밸브(16b) 및 토출배관(18b)을 통하여 축적기(5)로 흐른다. 토출배관(18b)에 흐르는 액체는 토출밸브(16b)의 개방 및 폐쇄에 의해서 발생되는 역류의 발생 및 소산에 기인한 영향을 포함한다. 축적기(5)의 이동부재(51)는 역류의 발생 및 소산에 기인한 액체흐름의 압력변화에 응답하여서, 노즐(3)로부터 토출되는 액체량은 일정하게 제어될 수 있다.

다음으로, 압전형 격막펌프(1)의 상세한 형상이 도3, 4a 및 4b, 5a 및 5b, 6a 내지 6d, 및 7a 내지 7c에 관하여 설명된다. 도3은 압전형 격막펌프(1)의 형상을 도시한다. 격막펌프(1)는 전도성 소재로 제조된 전극(12)을 구비한 평판 형상 압전소자(11), 전도성 소재로 제조되며 압전소자(11)에 고정되며 압전소자(11)의 변형에 일치하여 탄성적으로 변형되는 격막판(13), 격막판(13)아래에 형성되는 내부공간(14) 및 내부공간(14)에 연결되는 입구(16c) 및 출구(16d)를 구비한 하우징(15), 및 압전소자(11)를 구동하기 위한 제어회로(4)를 포함한다. 제어회로(4)는 압전소자(11)를 변형함에 의해서 격막펌프(1)의 흡입 및 토출을 제어하기 위해서 전극(12)에 제공되는 단자(12a) 및 격막판(13)에 제공되는 단자(13a) 사이에 전압을 적용한다.

예를들면, 격막판(13)은 동으로 제조된 원형 디스크이며, 원형 디스크 형상 압전소자(PZT, 11)가 격막판(13)에 부착된다. 하우징(15)은 예를들면 폴리 아세탈(POM), 폴리 카보네이트(PC), 또는 폴리 페닐 스타이렌(PPS) 같은 플라스틱 소재로 제조된다. 압전소자(11)를 구비한 격막판(13)이 하우징(15)에 고정된다. 예를들면, 압전소자(11)는 10 mm의 직경 및 0.2 mm의 두께를 갖는다. 격막판(13)은 직경 20 mm, 두께 0.2 mm를 갖는다. 하우징(15)은 내부공간(14)을 형성하기 위해서 최상면 개구의 요면을 갖는다. 격막판(13)은 전압이 압전소자(11)에 적용되지 않는 초 기상태에서 내부공간(14)에 대향하여 외측으로 휘어지기 위해서 하우징(15)상에 설치된다.

흡입밸브(16a) 및 토출밸브(16b)는 각각 입구(16c) 및 출구(16d)과 연결되도록 제공된다. 상기 밸브(16a,16b)는 하우징(15) 및 밸브가드 사이에 배치된다. 각 밸브의 구조에 있어서, 밸브의 전면에서의 압력 및 밸브의 후면에서의 압력간 압력차에 의해 개방되고 폐쇄되는 외팔밸브를 사용하는 것이 가능하다.

도4a는 전압이 역방향으로 압전소자(11)에 적용될 때 압전소자(11)의 변형을 개략적으로 도시하며, 도4b는 전압이 정방향으로 압전소자(11)에 적용될 때 압전소자(11)의 변형을 개략적으로 도시한다. 여기서, 기호 "+" 및 "-" 는 각각 극성을 표시한다. 전압이 압전소자(11)에 인가될 때, 전기장은 색상된 배경상 화살표에 의해 도시된 대로 압전소자(11)의 두께방향으로 발생하고, 압전소자(11)는 상기 전기장에 의해 검은 화살표로 도시된 대로 가로방향으로 변형한다. 도4a에서 도시된 대로, 전기장의 방향이 극성의 방향에 상반되도록 음전압이 압전소자(11)에 적용될 때, 압전소자(11)는 두께방향으로 수축하고 가로방향으로 확장한다.

택일적으로, 전기장의 방향이 극성의 방향과 동일하도록 양전압이 압전소자(11)에 적용될 때, 압전소자(11)는 두께방향으로 확장하고 가로방향으로 수축한다. 교류전압 또는 맥동전압을 압전소자(11)에 적용함에 의해서, 압전소자(11)는 두께방향으로 팽창 및 수축을 반복하여서, 격막펌프(1)의 격막판(13)이 진동하게 된다. 이에 의해서, 격막펌프(1)는 펌프작용을 위해 구동된다.

다음으로, 압전형 격막펌프(1)의 작동이 도5a 및 5b에 관하여 설명된다. 도 5a는 전압이 압전소자(11)에 적용되지 않는 압전형 격막펌프(1)의 초기상태를 도시한다. 양전압이 도5a에서 도시된 초기상태에서 압전소자(11)에 적용될 때, 압전소자(11)는 가로방향으로 수축한다. 그러나, 격막판(13)은 수축하거나 팽창하지 않아서, 격막펌프(13)는 도5b에서 도시된 대로, 압전소자(11)의 변형에 일치하여 휘어짐의 양을 감소하도록 변형된다.

이에 의해서, 내부공간(14)의 부피는 감소되어서 내부공간(14)의 압력은 증가된다. 이에 의해, 흡입밸브(16a)는 폐쇄되고 토출밸브(16b)는 개방된다. 결과적으로, 내부공간(14)의 액체는 출구(16d)로부터 토출된다. 격막펌프(1)는 토출작동을 수행한다.

양전압이 압전소자(11)에 적용되는 상태로부터 접지전압까지 압전소자(11)에 적용되는 전압이 변화될 때, 압전소자(11) 및 격막판(13)은 도5a에서 도시된 대로, 복원력에 의해서 원상태로 회복된다. 즉, 격막판(13)의 휘어짐의 양은 증가하고 이에 의해 내부공간(14)의 부피가 증가된다. 그러므로, 내부공간(14)의 압력이 감소하여서, 토출밸브(16b)가 폐쇄되며 흡입밸브(16a)는 개방된다. 결과적으로, 액체는 내부공간(14)안으로 흡입된다. 격막펌프(1)는 흡입작동을 수행한다. 예를들면, 압전소자(11)에 적용되는 전압은 양전압 (+)120V 내지 0 V 사이에서 변화되는 교류전압이다. 양전압 (+)120V가 압전소자에 적용될 때, 격막펌프(1)는 토출작동을 수행하며, 전압 0 V가 압전소자에 적용될 때, 격막펌프(1)는 흡입작동을 수행한다. 압전소자(11)에 적용되는 교류전압의 주파수는 동작유체의 점도에 따라서 상이하다. 예를들면, 동작유체가 물이고 배관의 직경이 1 mm 인 경우, 구동주파수는 약 40 Hz 일 수 있다.

다음으로, 격막펌프(1)에 의한 흡입 및 토출작동이 도6a 내지 6f에 관하여 상세히 설명된다.

도6a 내지 6c는 흡입작동을 도시하며, 여기서 격막판(13)의 팽창 휘어짐에 의해서 토출밸브(16b)는 폐쇄되며 흡입밸브(16a)는 개방되어서 액체는 격막펌프(1)의 내부공간(14)안으로 흡입된다. 도6d 내지 6f는 토출작동을 도시하며, 여기서 흡입밸브(16a)는 격막판(13)의 수축 휘어짐에 의해서 폐쇄되며, 토출밸브(16b)는 개방되어서 격막펌프(1)의 내부공간(14)안 액체는 외부로 토출된다.

압전소자(11)에 적용되는 교류전압의 구동주파수가 더 높을 때, 작동상태가 도6f에서 도시된 토출작동에서 도6a에서 도시된 흡입작동으로 변환하는 동안 토출밸브(16b)는 개방되고 흡입밸브(16a)는 폐쇄된다. 전압이 압전소자(11)에 적용될 때, 격막판(13)은 압전소자(11)의 팽창 또는 수축에 일치하여 변형되어서 내부공간(14)의 부피는 점진적으로 증가되고 이에 의해 토출밸브(16b)는 도6a에서 도시된 대로 폐쇄된다. 토출밸브(16b)의 폐쇄작동에 이어서, 소량의 액체가 출구(16d)로부터 내부공간(14)안으로 역류한다.

다음으로, 맥동전압이 압전소자(11)에 적용될 때 격막펌프(1)로부터 토출되는 동작유체의 변화가 도7a 내지 7c에 관하여 설명된다. 도7a는 맥동전압이 압전소자(11)에 적용될 때 격막펌프(1)로부터 토출되는 동작유체의 순간유속을 도시한다. 여기서, 압전소자(11)에 인가되는 전압은 듀티비(duty ratio) 50 % 를 갖는 120 V 의 맥동전압이다. 맥동전압의 일 주기(구간 t1 내지 t3)에서, 대량의 액체가 일시적으로 시간 t1에서 흐르나, 토출구간 (t1 내지 t2)에서 액체의 순간유속은 일정하게 된다. 흡입구간(t2 내지 t3)에서, 액체는 토출되지 않기 때문에, 액체의 유속은 0 이 된다.

도7b는 역류가 발생하지 않을 때 액체 토출 제어장치의 노즐(3)로부터 토출되는 액체 전면의 변화를 도시한다. 여기서, 액체의 전면은 배관의 중앙에서 액체의 전면위치로서 정의된다. 도7b로부터 볼 수 있듯이, 액체의 전면은 토출작동중 이동하고 흡입작동중 정지한다. 액체 전면의 평균위치는 도7b에서 점선"M"으로 도시되며 액체의 맥동량은 평균위치로부터 액체 전면의 실제위치의 발산으로서 표시될 수 있다. 액체 맥동량의 최대값은 맥동전압의 충격비가 50%일 때, 일 진동에서 토출되는 액체부피의 1/4이 된다.

다른 한편으로, 도7c는 역류가 발생할 때 액체 토출 제어장치의 노즐(3)로부터 토출되는 액체 전면의 변화를 도시한다. 상기 경우에, 액체 전면의 평균위치는 액체 전면의 최전면 위치로부터 역류 액체 부피의 1/2 만큼 후퇴된다. 그러므로, 액체 맥동량의 최대값은 일 진동에서 토출되는 액체부피의 1/4 및 역류 액체부피의 1/2 의 합이 된다. 역류의 액체 부피가 진동의 주파수에 무관하므로 이는 액체 맥동량에 직접 영향을 미친다.

다음으로, 격막펌프(1)의 토출밸브(16b)의 개방 및 폐쇄 전후 액체유량이 도8a 및 8b에 관하여 설명된다.

토출밸브(16b)가 도8a에서 도시된 개방상태로부터 도8b에서 도시된 폐쇄상태까지 작동될 때, 액체(19a)의 일부가 토출밸브(16b)의 작동에 일치하여 역류하여 서, 역으로 흐르는 액체는 격막펌프(1)의 내부공간(14)으로의 역류가 된다.

축적기(5)가 제공되지 않는다고 가정될 때, 격막펌프(1)의 배관(18b)에서 토출된 액체의 양 변화가 도9를 참조하여 설명된다.

소정전압이 격막펌프(1)의 압전소자(11)에 적용될 때, 액체가 격막펌프(1)로부터 토출된다.

택일적으로, 압전소자(11)에 적용되는 전압이 0 V가 될 때, 액체는 격막펌프(1)안으로 흡입된다. 액체의 흡입동안, 액체의 역류가 발생하여서, 토출된 액체의 양 m₀은 격막펌프(1)의 내부공간(14)안으로 역류되는 액체의 역류의 양 (s1)에 일치하여 감소된다. 결과적으로, 역류에 기인한 맥동이 배관(18b)의 동작유체에서 발생한다. 도9에서, 기호 n₀ 는 토출되는 액체의 겉보기 양을 지시한다.

다음으로, 축적기(5)의 작동이 도10a 및 10b에 관하여 설명된다. 도10a 및 10b는 축적기(5)의 액체축적공동(56)의 부피가 역류의 발생 및 소산에 기인한 이동부재(51)의 탄성 변형에 의해서 증가 및 감소되는 상태를 각각 도시한다.

격막펌프(1)의 토출작동에서, 축적기(5)의 이동부재(51)는 중앙부(51m)가 외측으로 휘어짐에 의해 초기 평형상태(51a)로부터 평형상태(51b)로 전환된다. 축적기(5)의 액체축적공동(56)에서 액체의 압력은 축적기(5)에서 흐르는 액체의 양이 격막펌프(1)의 토출작동에 의해서 증가될 때 증가되어, 이동부재(51)의 중앙부(51m)가 탄성적으로 변형되어 외측으로 휘어진다. 축적기(5)의 액체축적공동(56)의 부피는 이동부재(51)의 중앙부(51m)가 최대로 변형될 때 최대가 되고, 이동부 재(51)는 평형상태(51b)에서 유지된다. 이에 의해, 토출된 액체의 양 변화는 토출작동에서 제한된다. 격막펌프(1)의 흡입작동에서, 이동부재(51)의 중앙부(51m)는 내측으로 휘어져서, 축적기(5)의 액체축적공동(56)의 부피가 감소된다.

축적기(5)의 액체축적공동(56)의 부피는 이동부재(51)의 중앙부(51m)가 최소로 변형될 때 최소가 되고, 이동부재(51)는 평형상태(51a)에서 유지된다. 이에 의해, 역류발생에 기인한 토출된 액체의 양 변화는 흡입작동에서 흡수된다. 결과적으로, 액체는 축적기(5)의 출구(55)로부터 균일하게 토출된다.

도11은 축적기(5)가 제공될 때 토출된 액체의 변화를 도시한다. 도9 및 11과 비교하여, 역류의 발생에 기인하여 감소되는 토출된 액체의 양은 축적기(5)가 제공되지 않을 때 양(s1)에서 양(v1)만큼 감소된다.

제1 실시예에서 액체 토출 제어장치에 의하면, 축적기(5)의 이동부재(51)는 탄성 변형에서 2개의 평형상태를 갖으며, 각 평형상태에서의 이동부재(51)의 탄성 변형은 0으로 되어서, 이동부재(51)는 2개의 평형상태 사이에서 신속 전환될 수 있다. 이에 의해 격막펌프(1)로부터 토출되는 액체흐름에서 역류의 영향을 감소하는 것이 가능하다. 또한, 격막펌프(1)의 토출밸브(16b)의 작동에 의해 발생되는 액체 역류의 양이 더 적어질 때도, 토출된 액체의 흐름을 원활히 하는 것이 가능하다.

액체의 압력변화를 흡수하는데 사용되는 상용의 축적기는 일반적으로 토출밸브에 기인한 역류를 간주하지 않으므로, 축적기의 부피변화는 액체 역류의 양보다 훨씬 크지 않다. 그러므로, 이는 미세 역류를 흡수하기 위한 부피의 미세변화에 응 답하는데 충분하지 않다.

또한, 큰 부피변화를 갖는 축적기는 토출밸브의 미세 역류에 기인한 맥동성분를 흡수할 수 없다. 그러나, 제1 실시예에서 축적기(5)는 전술한 문제를 해결할 수 있다.

[제2 실시예]

본 발명의 제2 실시예에 따른 압전형 격막펌프를 구비한 액체 토출 제어장치가 도12, 13a 내지 13k, 14a 및 14b에 대하여 설명된다. 제2 실시예에서, 둘레벽을 구비한 벨로우즈형 이동부재(57)가 도12에서 도시된 대로 축적기(5)의 이동부재로 사용된다. 제2 실시예에서 액체 토출 제어장치의 형상은 이동부재(57)를 제외한 제1 실시예에서 액체 토출 제어장치의 형상과 동일하기 때문에, 제1 실시예와 공통된 형상의 상세한 설명이 생략된다.

제2 실시예에서, 토출밸브(16b)의 작동에 의해 발생되는 역류에 기인하여 격막펌프(1)로부터 토출되는 액체의 맥동은 벨로우즈형 이동부재(57)를 구비한 축적기(5)에 의해서 제한된다.

도13a 내지 13k에서 도시된 듯이, 축적기(5)는 하부 하우징부재(52a) 및 상부 하우징부재(52b)로 형상된 하우징(52), 격막펌프(1)로부터 흐르는 액체가 일시적으로 수용되며 하부 하우징부재(52a)상에 제공되는 액체축적공동(56), 축적기(5)로 흐르는 액체의 압력에 의해 작동되는 탄성 격막으로서 사용되는 벨로우즈형 이동부재(57), 및 벨로우즈형 이동부재(57)의 작동을 제한하기 위한 스토퍼(stopper, 58)를 포함한다. 축적기(5)는 원형 격막을 구성한다.

벨로우즈형 이동부재(57)는 내부면이 벨로 유사형상을 한 둘레벽을 구비하며, 둘레벽의 기부가 벨로가이드(52c)에 고정된다. 벨로가이드(52c)는 스토퍼(58) 및 상부 하우징부재(52b) 사이에 물린다. 벨로우즈형 이동부재(57)는 축적기(5)안으로 흐르는 액체의 압력변화에 의해 변형되며, 팽창 및 수축 방향으로 벨로우즈형 이동부재(57)의 이동은 스토퍼(58)에 의해 제한되어서, 벨로우즈형 이동부재(57)는 2개의 평형상태를 갖으며 상기 2개의 평형상태 사이에서 이동가능하다.

상기에서 형상된 축적기(5)에서, 벨로우즈형 이동부재(57)는 격막펌프(1)의 토출작동에서 축적기(5)의 액체축적공동(56)의 부피를 증가시키도록 도14a에서 화살표로 도시된 방향으로 팽창한다. 그러므로, 토출된 액체량의 지수적 증가가 흡수될 수 있다. 이 때에, 벨로우즈형 이동부재(57)는 스토퍼(58) 때문에 소정의 높이 이상으로 팽창할 수 없으므로, 축적기(5)의 액체축적공동(56)의 부피는 소정 부피 이상으로 증가될 수 없다. 격막펌프(1)의 흡입작동에서, 벨로우즈형 이동부재(57)는 격막펌프(1)의 토출작동에서 축적기(5)의 액체축적공동(56)의 부피를 감소하기 위해 도14b에서 화살표에 의해 도시된 방향으로 수축된다. 그러므로, 역류의 발생에 기인한 토출 액체의 양 감소는 보상될 수 있다.

제2 실시예에서, 신속히 작동할 수 있는 벨로우즈형 이동부재(57)를 구비한 축적기(5)가 사용되어서, 토출밸브(16b)의 작동에 의해 발생되는 역류에 기인한 토출된 액체량의 미세 변화에 응답하는 것이 가능하며, 역류의 발생에 기인한 축적기(5)의 출구(55)로부터 토출되는 액체량의 변화가 감소될 수 있다. 또한, 제2 실 시예에서 축적기(5)의 형상이 단순화될 수 있으므로, 액체 토출 제어장치의 생산성이 증가될 수 있다.

[제3 실시예]

본 발명의 제3 실시예와 일치하여 압전형 격막펌프를 구비한 액체 토출 제어장치가 도15에 관하여 설명된다. 제3 실시예에서, 축적기(5) 및 격막펌프(1)는 일체형 펌프(10)로서 통합 구성된다.

일체형 펌프(10)에서, 탄성막으로 제조된 축적기(5)의 이동부재(51)는 격막펌프(1)의 토출밸브(16b)와 일체되며 토출밸브(16b)에 배치된 출구(16d)는 연결통로없이 축적기(5)의 입구(54)에 직접 연결된다. 대기가 통하는 연결통로(59)가 축적기의 이동부재(51)의 후면 및 격막펌프(1)의 하우징(15)의 외부벽 사이에 제공되어서, 이동부재(51)의 작동이 연결통로(59)에 의해서 원활하게 이루어질 수 있다. 토출밸브(16b)로부터 토출된 액체는 직접적으로 출구 배관(18b)을 통하여 축적기(5)안으로 흐른다. 토출밸브(16b)의 작동에 의해 발생되는 역류에 기인한 영향을 감소하기 위한 메카니즘은 제1 및 제2 실시예서와 동일하다.

제3 실시예에서, 격막펌프(1) 및 축적기(5)가 통합되기 때문에 액체 토출 제어장치를 구성하는 수많은 소자가 감소될 수 있으며, 액체 토출 제어장치의 생산성이 증가될 수 있다.

또한, 토출밸브(16b) 및 축적기(5)의 이동부재(51)가 직접적으로 연결되기 때문에, 출구 배관의 길이가 단축될 수 있으며, 이에 의해 토출밸브(16b)로부터 토 출되는 액체의 통로에서의 저항은 감소될 수 있다. 또한, 토출된 액체에서 역류에 대한 이동부재(51)의 응답은 증가될 수 있으므로, 축적기(5)의 작동은 원활하게 된다.

[제4 실시예]

본 발명의 제4 실시예에 따른 압전형 격막펌프를 구비한 액체 토출 제어장치가 도16, 17a 및 17b에 관하여 설명된다. 도16은 제4 실시예에서 액체 토출 제어장치의 형상을 도시한다.

제4 실시예에서, 격막펌프(1)의 토출밸브(16b)의 역류에 의해서 감소되는 토출액체의 양 및 축적기(5)에 의해 보상되는 액체의 양은 실질상 제1 실시예에서와 동일 형상을 갖는 액체 토출 제어장치에서 이동부재(51)의 탄성 변형에 기인한 축적기(5)의 액체축적공동(56)의 부피변화를 적절히 조정함에 의해서 실질상 동일하게 될 수 있다.

도17a는 도16의 격막펌프(1)의 출구 배관(18b)에서의 점 P에서 액체의 양 변화를 도시하며, 도17b는 축적기(5)의 출구(55)에서의 점Q에서 액체의 양 변화를 도시한다. 도17a에서 도시된 대로, 액체의 양 (s1) 감소는 출구 배관(18b)의 점 P에서 토출밸브(16b)의 작동에 의한 역류에 기인하여 발생한다. 그러나, 축적기(5)의 출구(55)에서의 점 Q에서 토출액체의 양 감소는 도17b에서 도시된 대로, 축적기(5)로부터 토출되는 액체의 양 (v1)의 증가에 의해 보상될 수 있다.

제4 실시예의 형상에 있어서, 격막펌프(1)의 토출밸브(16b)의 작동에 의한 역류에 기인하여 축적기(5)로부터 토출되는 액체량의 감소를 보상하는 효과를 얻는 것이 가능하므로, 제4 실시예의 액체 토출 제어장치는 액체의 미세량을 제어하는 데 사용될 수 있다.

[제5 실시예]

본 발명의 제5 실시예에 따른 압전형 격막펌프를 구비한 액체 토출 제어장치가 도18에 관하여 설명된다. 도18은 제5 실시예에서 액체 토출 제어장치의 개략적인 형상을 도시한 단면도이다.

제5 실시예에서, 격막펌프(1)의 토출밸브(16b)의 역류에 의해서 감소되는 토출액체의 양 및 축적기(5)에 의해 보상되는 액체의 양은 제3 실시예와 동일 형상을 갖는 액체 토출 제어장치에서 이동부재(51)의 탄성 변형에 기인한 축적기(5)의 액체축적공동(56)의 부피변화를 적절히 조정함에 의해서 동일하게 될 수 있다.

제5 실시예에서, 액체의 양은 출구 배관(18b)의 점 P에서 토출밸브(16b)의 작동에 의한 역류에 기인하여 감소되나, 축적기(5)의 출구(55)상 점Q에서의 토출액체의 양 감소는 전술한 제4 실시예와 유사하게, 축적기(5)로부터 토출되는 액체의 양 증가에 의해서 보상될 수 있다. 액체 토출 제어장치가 압축체로 형상되었지만, 축적기(5)의 출구(55)로부터 토출액체량의 미세 변화를 제한하고 노즐(3)로부터 액체를 원활하게 토출하는 것이 가능하다.

[제6 실시예]

본 발명의 제6 실시예에 따른 압전형 격막펌프를 구비한 액체 토출 제어장치가 설명된다. 액체 토출 제어장치는 전술한 실시예중의 하나와 실질상 동일한 형상을 갖으므로, 액체 토출 제어장치의 설명이 생략된다. 제6 실시예에서, 축적기(5)의 이동부재(51 또는 57)의 고유진동주파수는 격막펌프(1)의 진동주파수와 실질상 동일하다.

축적기(5)의 이동부재(51 또는 57)는 고유하게 형상 그 자체에 의해 성립된 고유진동주파수를 갖는다. 일반적으로, 디스크 형상 격막은 다음의 방정식에 의해 정의되는 고유진동주파수"F"를 갖는다.

F = 10.21(D/βd)^0.5 / 2 πa²

여기서,

D = E d²/ 12(1 - α²)

a : 반경,

β: 단위부피당 중량,

d : 두께,

E : 영의 계수,

α: 프와송 비 (poisson's ratio),

π : 원주율

축적기(5)의 이동부재(51 또는 57)의 고유진동주파수는 축적기(5)의 이동부재(51 또는 57)의 고유진동주파수가 격막펌프(1)의 진동주파수와 일치하도록 고유 진동주파수의 전술한 방정식에 적절한 상수를 치환함으로써 결정된다. 축적기(5)의 이동부재(51 또는 57)의 고유진동주파수가 격막펌프(1)의 진동주파수와 일치한다는 조건하에서, 격막펌프(1)가 구동될 때, 축적기(5)의 이동부재(51 또는 57)는 격막펌프(1)의 토출밸브(16b)의 작동에 의해 발생하는 역류에 의하여 진동된다. 이동부재(51 또는 57)의 고유진동주파수가 역류에 기인한 진동과 일치하므로, 역류에 기인한 이동부재(51)의 진동이 확대되고, 이동가능한 한계로 이동부재(51 또는 57)의 변형 또는 변위가 더 원활히 이루어질 수 있다. 이에 의해, 액체 토출 제어장치로부터 토출되는 액체의 양 변화를 감소하기 위한 효과가 증가될 수 있으며, 액체는 액체 토출 제어장치의 노즐(3)로부터 더 원활히 토출될 수 있다.

[제7 실시예]

본 발명의 제7 실시예에 따른 압전형 격막펌프를 구비한 액체 토출 제어장치가 도19a 내지 19d에 관하여 설명된다. 도19a에서 볼 수 있듯이, 액체 토출 제어장치는 제1 실시예에서의 형상에 부가하여 제1 축적기(5) 및 노즐(3) 사이에 제공된 제2 축적기(6)를 포함한다. 제1 축적기(5)는 역류에 기인하여 격막펌프(1)로부터 토출되는 액체의 양 변화를 감소하는데 사용된다. 제2 축적기(6)는 액체의 간헐적 흐름을 감소하는데 사용된다.

제2 축적기(6)를 제공함에 의해서, 격막펌프(1)의 토출작동 및 흡입작동의 반복에 의해 유발된 액체의 간헐류를 감소하는 것이 가능하다. 이에 의해, 노즐(3)로부터의 액체토출의 맥동이 더욱더 감소될 수 있으므로, 액체는 노즐(3)로부터 더 욱더 원활히 토출될 수 있다.

제2 축적기(6)는 제1 축적기(5)와 본질상 동일한 형상을 갖으며, 특히 이동부재(61), 하우징(62), 하우징(62)에 이동부재(61)의 둘레부를 고정하는데 사용되는 가이드(63), 액체를 일시적으로 축적하기 위해 하우징(62)에 형성되는 액체축적공동(66)을 포함한다. 제2 축적기(6)는 원형 격막을 구성한다.

이동부재(61)가 격막펌프(1)로부터 토출되는 액체의 간헐류의 압력의 변화에 일치하여 이동되므로, 이것은 액체축적공동(66)의 부피를 변화시키므로 액체의 간헐류를 감소시킨다. 이동부재(61)의 탄성막은 액체축적공동(66)의 액체량의 증가에 일치하여 자체 팽창함으로써 외측으로 휘어져서, 액체축적공동(66)의 부피가 증가된다.

택일적으로, 액체축적공동(66)의 액체량의 감소에 일치하여 수축함으로써 내측으로 휘어져서, 액체축적공동(66)의 부피가 감소된다. 결과적으로, 액체의 간헐류에 기인한 진동은 이동부재(61)의 탄성변형에 의해서 흡수될 수 있다. 즉, 제2 축적기(6)는 격막펌프(1)의 토출작동에서 액체량의 지수적 증가 및 흡입작동에서 액체량의 지수적 감소를 줄일 수 있다.

또한, 제2 축적기(6)는 역류가 발생하지 않을 때 액체의 간헐류에만 기인한 맥동류를 흡수하도록 설계된다. 역류에 기인한 액체유량의 변화가 제1 축적기(5)에 의해 0으로 감소될 수 있을 때, 제2 축적기(6)는 액체의 간헐류에 기인한 영향을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 결과적으로, 액체전송은 역류 및 간헐류에 기인한 액체유량의 변화가 감소될 수 있는 조건에서 실행될 수 있다.

도19b, 19c, 19d는 도19a의 점 P,Q 및 R 에서 토출된 액체의 양 변화를 도시한 각각의 그래프이다. 점 P는 격막펌프(1)의 출구 배관(18b)에 위치되며, 점 Q는 제1 축적기(5)의 출구(55)에 위치되고 점 R은 제2 축적기(6)의 출구(65)에 위치된다. 도19b로부터 볼 수 있듯이, 격막펌프(1)로부터의 액체토출량은 흡입작동중 액체의 역류량에 일치하는 양 (s1) 만큼 감소된다. 도19c에서 볼 수 있듯이, 액체량의 감소는 제1 축적기(5)에 의한 양 s2으로 보상된다.

또한, 도19d로부터 볼 수 있듯이, 액체량 감소의 대부분은 제2 축적기(6)에 의해 0 으로 보정된다. 이에 의해, 액체의 원활한 전송이 구현될 수 있다.

[제8 실시예]

본 발명의 제8 실시예에 따른 압전형 격막펌프를 구비한 액체 토출 제어장치가 도20a 내지 20d에 관하여 설명된다. 도20a에서 볼 수 있듯이, 액체 토출 제어장치는 제7 실시예에서의 형상에 부가하여 제1 축적기(5) 및 제2 축적기(6) 사이 통로에서의 체크밸브(7)를 포함한다.

체크밸브(7)는 탄성소재로 제조된 밸브부재(71)를 구비한다. 격막펌프(1)가 토출작동에서 액체를 토출할 때, 체크밸브(7)의 밸브부재(71)는 제1 축적기를 통하여 격막펌프(1)로부터 흐르는 액체에 의해 개방되어서, 제1 축적기(5) 및 제2 축적기(6)를 연결하는 통로가 개방된다. 이에 의해, 액체는 액체 토출 제어장치의 노즐(3)로부터 토출된다. 이 때에, 제2 축적기(6)의 이동부재(61)는 탄성적으로 변형되어서, 액체축적공동(66)의 부피가 증가된다.

격막펌프(1)가 흡입작동을 위해 작동될 때, 체크밸브(7)의 밸브부재(71)는 밸브부재(71)의 전면부 및 후면부에서의 압력간 압력차에 의해 폐쇄된다. 이에 의해, 격막펌프(1)의 토출밸브(16b)의 작동에 의해 발생되는 역류는 제1 축적기(5)의 작용에 의해 보상되어서, 역류에 기인한 영향은 노즐(3) 부근의 액체에 이르지 않는다. 또한, 제2 축적기(6)의 이동부재(61)는 압력차에 의한 변형으로, 노즐(3)로의 액체 공급이 계속된다. 결과적으로, 노즐(3)로부터 토출되는 액체의 맥동은 감소될 수 있다.

도20b, 20c 및 20d는 도20a의 점 P,Q 및 S 에서 토출되는 액체의 양 변화를 도시하는 각각의 그래프이다. 점 P는 격막펌프(1)의 출구 배관(18b)에 위치되며, 점 Q는 제1 축적기(5)의 출구(55)에 위치되며, 점 S는 체크밸브(7)의 출구(또는 제2 축적기(6)의 입구(64))에 위치된다. 도20b로부터 볼 수 있듯이, 격막펌프(1)에서의 액체토출량은 흡입작동중 액체역류량에 일치하는 양 (s1) 만큼 감소된다. 도20c로부터 볼 수 있듯이, 액체양의 감소는 제1 축적기(5)에 의한 양 s2 로 보상된다. 또한, 도20d로부터 볼 수 있듯이, 액체량의 감소는 체크밸브(7)에 의해 추가 감소되며, 이에 의해 액체의 원활한 전송이 구현될 수 있다.

[제9 실시예]

본 발명의 제9 실시예에 따른 압전형 격막펌프를 구비한 액체 토출 제어장치가 도21a 및 21b에 관하여 설명된다. 도21a는 제9 실시예에서 액체 토출 제어장치의 형상을 도시한다. 제9 실시예에서, 배관(81)의 일부에서 이동부재(82)를 구비한 변형된 제1 축적기(8)가 제7 실시예와 비교하여 제1 축적기(5) 대신에 격막펌프(1) 및 제2 축적기(6)간에 제공된다.

도21b는 제1 축적기(8)의 형상을 도시한다. 변형된 제1 축적기(8)는 배관(81)의 일부에 고정된 탄성막으로 제조된 이동부재(82)를 포함한다. 격막펌프(1)의 토출작동에서, 토출액체는 입구(83)로부터 배관(81)으로 흘러서, 배관(81)의 액체량은 급속 증가된다. 이동부재(82)는 탄성적으로 변형되어 액체의 증가된 양(또는 증가된 압력)에 의해 외측으로 휘어져서, 배관(81)의 액체축적공동 부피가 증가된다. 이에 의해, 배관(81)의 액체의 양 증가(또는 압력증가)가 흡수될 수 있다. 택일적으로, 격막펌프(1)의 흡입작동에서, 이동부재(82)는 변형되어 내측으로 휘어져서, 배관(81)의 액체축적공동의 부피는 감소된다.

이에 의해, 역류의 영향이 감소되는 액체가 변형된 제1 축적기(8)로부터 토출된다.

[제10 실시예]

본 발명의 제10 실시예에 따른 압전형 격막펌프를 구비한 액체 토출 제어장치가 설명된다. 제10 실시예에서 액체 토출 제어장치의 형상은 실질상 제7 실시예에서와 동일하여서, 액체 토출 제어장치의 설명이 생략된다. 제10 실시예에서, 제1 축적기(5)의 이동부재(51)의 고유진동주파수 및 제2 축적기(6)의 이동부재(61)의 고유진동주파수가 격막펌프(1)의 진동주파수와 일치하게 된다. 제1 축적기(5)의 이동부재(51) 및 제2 축적기(6)의 이동부재(61)의 고유진동주파수는 축적기의 이동부 재의 형상에 의해 고유하게 정해지는 전술한 기계적 고유진동주파수이다.

제1 축적기(5)의 이동부재(51)의 고유진동주파수가 실질상 격막펌프(1)의 진동주파수와 일치하는 조건하에서, 격막펌프(1)가 구동될 때, 이동부재(51)는 격막펌프(1)에서 발생되는 역류에 기인한 액체의 맥동류에 의해 진동된다. 이동부재(51)의 진동주파수가 이의 고유진동주파수와 일치하기 때문에, 진동의 진폭, 즉, 이동부재(51)의 작동이 확대된다. 이에 의해, 이동부재(51)는 원활하게 이동가능한 한계까지 변형되거나 변위될 수 있다.

유사하게, 제2 축적기(6)의 이동부재(61)의 고유진동주파수가 실질상 격막펌프(1)의 진동주파수와 일치하는 조건하에서, 격막펌프(1)가 구동될 때, 이동부재(61)는 제1 축적기(5)로부터의 토출액체의 맥동류에 의해 진동된다. 이동부재(61)의 진동주파수가 이의 고유진동주파수와 일치하기 때문에, 진동의 진폭, 즉, 이동부재(61)의 작동이 확대된다. 이에 의해, 이동부재(61)는 원활하게 이동가능한 한계까지 변형되거나 변위될 수 있다. 상기 형상에 의해서, 액체의 역류 및 간혈류에 기인한 액체유량의 감소를 줄이는 효과가 증가될 수 있으므로, 액체는 노즐(3)로부터 원활하게 토출될 수 있다.

[제11 실시예]

본 발명의 제11 실시예에 따른 압전형 격막펌프를 구비한 액체 토출 제어장치가 도22a 내지 22e에 대하여 설명된다. 도22a는 제11 실시예에서 액체 토출 제어장치의 형상을 도시한다. 제11 실시예에서, 제2 축적기(6)의 이동부재(61)는 액체 축적공동(66)의 부피를 증가시키기 위한 방향으로 용이하게 변형될 수 있으나,액체축적공동(66)의 부피를 감소시키기 위한 방향으로 용이하게 변형될 수 없도록 형성된다.

도22b는 격막펌프(1)의 토출작동에서 제2 축적기(6)의 상태를 도시하며, 도22c는 격막펌프(1)의 흡입작동에서 제2 축적기(6)의 상태를 도시한다. 도22d는 도22b 및 22c에서 기호 "A"로 지시된 부분을 도시한다.

제2 축적기(6)는 이동부재(61) 및 분할부분(67)간 공간이 부피변화부(61a)로서 분리될 수 있도록 액체축적공동(66)의 개구(68)를 구비한 분할부분(67)을 포함한다. 격막펌프(1)의 토출작동에서, 액체는 개구(68)를 통하여 부피변화부(61a)내로 흐른다. 택일적으로, 격막펌프(1)의 흡입작동에서, 부피변화부(61a)의 액체는 개구(68)를 통하여 배수된다. 테이퍼면(69)은 개구(68)의 폭이 부피변화부(61a)에 대하여 점차 좁아지도록 개구(68)의 에지상에 형성된다. 이에 의해, 개구(68)를 통하여 흐르는 액체에 대하여 분할부분(67)에 기인한 저항은 액체흐름방향에서 상이하다.

상기 형상에 의해서, 액체가 토출작동에서 부피변화부(61a)내로 흐를 때, 분할부분(67)에 기인한 저항은 개구(68)의 테이퍼면(69)에 의해 감소되어서, 액체는 부피변화부(61a)내로 원활하게 흐를 수 있다. 이에 의해, 액체축적공동(66)의 부피는 액체의 양 또는 압력의 증가에 일치하여 신속 증가될 수 있다.

택일적으로, 액체가 부피변화부(61a)로부터 배수될 때, 분할부분(67)에 기인한 저항은 개구(68)의 테이퍼면(69)에 의해 감소되지 않아서, 액체는 부피변화 부(61a)로부터 원활하게 배수될 수 없다. 이에 의해, 액체축적공동(66)의 부피는 액체의 양 또는 압력의 감소에 일치하여 완만하게 감소될 수 있다.

도22e는 제2 축적기(6)의 액체축적공동(66)에서 흐르는 액체의 순간속력 또는 양의 시간상 변화를 도시한다. 점선은 테이퍼면(69)이 개구(68)의 에지상에 형성되지 않을 때 액체흐름의 순간속력 변화를 나타낸다. 실선은 테이퍼면(69)이 개구(68)의 에지상에 형성될 때 액체흐름의 순간속력 변화를 나타낸다.테이퍼면(69)이 형성되지 않는 경우에, 액체흐름의 순간속력은 토출구간 t1 내지 t2 및 흡입구간 t2 내지 t3에서 변화되지 않는다. 즉, 토출액체에서 급속맥동은 감소된다. 상기 형상에 의해서, 제2 축적기(6)의 형상이 제7 실시예와 비교하여 분리기(67)를 제공함으로써 약간 복잡해졌어도, 제2 축적기(6)는 제1 축적기로부터 토출되는 액체유량의 맥동을 더욱더 감소시킬 수 있다. 그러므로, 액체는 노즐(3)로부터 더욱더 원활히 토출될 수 있다.

상기 응용은 일본에서 출원된 일본특허출원 제2004-372237호 및 제2005-275290호에 근거하며 이의 내용은 여기서 참고적으로 포함된다.

본 발명이 첨부된 도면과 관련하여 예로서 충분히 설명되었지만, 당업자에게 다양한 변화 및 변형이 자명하다고 이해되어야 한다. 그러므로, 상기 변화 및 변형이 본 발명의 범위에서 벗아나지 않는다면, 본 명세서에 포함되는 것으로서 해석되어야 한다.

전술한 대로, 본 발명에 따른 액체 토출 제어장치는 압전형 격막펌프 및 노 즐간에 제공된 수동맥동 감소기능을 갖는 축적기를 포함한다. 축적기는 축적기에서 흐르는 액체의 양 또는 압력의 증가 및 감소에 일치하여 탄성적으로 변형되는 이동부재를 구비하여서, 축적기의 액체축적공동의 부피는 증가될 수 있거나 감소될 수 있다. 그러므로, 맥동, 즉, 액체흐름의 양 또는 압력의 증가 및 감소는 축적기에 의해서 흡수될 수 있으며 액체는 노즐로부터 원활하게 토출될 수 있다.

Claims

액체 토출 제어장치로서:

압력차에 의해 개방되고 폐쇄되는 제어밸브 및 구동 액츄에이터로서 제공되는 압전소자를 구비한 압전형 격막펌프와;

액체축적공동, 및 탄성 변형에서 2개의 평형점을 갖으며 액체축적공동안으로 액체유량의 변화에 의한 평형점 사이에서 탄성적으로 변형되어 액체량의 증가 및 감소에 일치하여 액체축적공동의 부피를 증가 및 감소함으로써 축적기로부터 토출되는 액체량의 변화가 감소될 수 있는 이동부재를 구비하며, 격막펌프의 출구에 연결되는 축적기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 제어장치.
제1항에 있어서, 격막펌프 및 제1 축적기는 일체인 것을 특징으로 하는 액체 토출 제어장치.
제1항에 있어서, 격막펌프의 제어밸브의 작동에 의해 발생되는 역류에 기인하여 역류되는 액체량은 제1 축적기의 액체축적공동의 부피 감소에 의해서 보상되는 액체량과 동일한 것을 특징으로 하는 액체 토출 제어장치.
제1항에 있어서, 제1 축적기의 이동부재의 고유진동주파수는 격막펌프의 진동주파수와 일치하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 제어장치.
제1항에 있어서, 격막펌프로부터 토출되는 액체의 간혈류에 기인한 액체량의 변화를 보상하며, 제1 축적기의 출구에 연결되는 제2 축적기를 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 제어장치.
제5항에 있어서, 제1 축적기 및 제2 축적기간에 제공되는 체크밸브를 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 제어장치.
제5항에 있어서, 제1 축적기는 격막펌프와 제2 축적기간에 제공되는 배관, 및 배관의 일부에 고정되고 탄성막을 제조된 이동부재로 형상되는 것을 특징으로 하는 액체 토출 제어장치.
제5항에 있어서, 제1 축적기의 이동부재의 고유진동주파수 및 제2 축적기의 이동부재의 고유진동주파수는 격막펌프의 진동주파수와 일치하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 제어장치.
제5항에 있어서, 제2 축적기의 이동부재는 액체축적공동의 부피를 감소하는 방향보다 액체축적공동의 부피를 증가하는 방향으로 용이하게 변형되도록 형상되는 것을 특징으로 하는 액체 토출 제어장치.
제1항에 있어서, 이동부재는 탄성막인 것을 특징으로 하는 액체 토출 제어장치.