JPH06159250A - マイクロポンプ - Google Patents
マイクロポンプInfo
- Publication number
- JPH06159250A JPH06159250A JP33528492A JP33528492A JPH06159250A JP H06159250 A JPH06159250 A JP H06159250A JP 33528492 A JP33528492 A JP 33528492A JP 33528492 A JP33528492 A JP 33528492A JP H06159250 A JPH06159250 A JP H06159250A
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- Japan
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- memory alloy
- shape memory
- coil spring
- pipe
- alloy coil
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 形状記憶合金コイルばねと弾性を有するパイ
プと一方向弁とを組合せ、構造が簡単で小形化が容易な
微量液体を搬送するマイクロポンプを提供する。 【構成】 シリコンゴム等の弾性体からなるパイプ１の
壁中に、前記パイプと同心状で一体に形状記憶合金コイ
ルばね２を埋め込み、パイプの吸入口３と排出口４に夫
々吸入側一方向弁５と排出側一方向弁６を取り付け、形
状記憶合金コイルばねの両端の通電加熱用電極８に電流
を通電、停止することにより、形状記憶合金コイルばね
２を埋め込んだパイプ１を収縮、伸長してマイクロポン
プを構成する。
プと一方向弁とを組合せ、構造が簡単で小形化が容易な
微量液体を搬送するマイクロポンプを提供する。 【構成】 シリコンゴム等の弾性体からなるパイプ１の
壁中に、前記パイプと同心状で一体に形状記憶合金コイ
ルばね２を埋め込み、パイプの吸入口３と排出口４に夫
々吸入側一方向弁５と排出側一方向弁６を取り付け、形
状記憶合金コイルばねの両端の通電加熱用電極８に電流
を通電、停止することにより、形状記憶合金コイルばね
２を埋め込んだパイプ１を収縮、伸長してマイクロポン
プを構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、弾性体からなるパイプ
と、その壁中に埋め込まれた形状記憶合金コイルばね
（以後、ＳＭＡコイルばねと呼ぶ）、及び前記弾性体か
らなるパイプ内を通る液体の流路に設けた一組の一方向
弁からなる構造を有する微量な液体を搬送するマイクロ
ポンプに関するものである。
と、その壁中に埋め込まれた形状記憶合金コイルばね
（以後、ＳＭＡコイルばねと呼ぶ）、及び前記弾性体か
らなるパイプ内を通る液体の流路に設けた一組の一方向
弁からなる構造を有する微量な液体を搬送するマイクロ
ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】最近、マイクロマシンの研究開発が非常
に盛んに行われており、マイクロポンプについても多く
の試作結果が報告されている。
に盛んに行われており、マイクロポンプについても多く
の試作結果が報告されている。
【０００３】これらの代表的なものとして圧電素子を使
用したマイクロポンプの構造を示す断面図を図３に示
す。このマイクロポンプは、構造基材としてシリコン１
０を使用し、これをフォトエッチングによってダイヤフ
ラム１３、吸入側一方向弁５、及び排出側一方向弁６等
を加工して圧電素子９でダイヤフラム１３を駆動するこ
とによって、吸入口３から排出口４へ流体を搬送するも
のである。
用したマイクロポンプの構造を示す断面図を図３に示
す。このマイクロポンプは、構造基材としてシリコン１
０を使用し、これをフォトエッチングによってダイヤフ
ラム１３、吸入側一方向弁５、及び排出側一方向弁６等
を加工して圧電素子９でダイヤフラム１３を駆動するこ
とによって、吸入口３から排出口４へ流体を搬送するも
のである。
【０００４】又、形状記憶合金材を駆動材とした例を図
４に示す。このマイクロポンプは、形状記憶合金ワイヤ
ー１１に通電加熱することによって生ずる、形状記憶合
金が持つ形状記憶による形状変形の収縮と、通電の停止
による形状回復力によって、ベローズ１２に収縮と伸長
を与え、吸入口３から排出口４への流体の搬送を行うも
のである。これらのマイクロポンプは、現在使用されて
いるポンプよりも非常に小型軽量であり、かつ微小流量
の流体の搬送が行える。
４に示す。このマイクロポンプは、形状記憶合金ワイヤ
ー１１に通電加熱することによって生ずる、形状記憶合
金が持つ形状記憶による形状変形の収縮と、通電の停止
による形状回復力によって、ベローズ１２に収縮と伸長
を与え、吸入口３から排出口４への流体の搬送を行うも
のである。これらのマイクロポンプは、現在使用されて
いるポンプよりも非常に小型軽量であり、かつ微小流量
の流体の搬送が行える。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】これらのマイクロポン
プは、現在使用されているポンプよりも非常に小型軽量
であり、かつ微小流量での流体の搬送が行えるという特
徴を持つ。
プは、現在使用されているポンプよりも非常に小型軽量
であり、かつ微小流量での流体の搬送が行えるという特
徴を持つ。
【０００６】しかし、図３における圧電素子を用いたも
のは構造が複雑であり、加えて駆動材の圧電素子の駆動
時には１００Ｖ程度の大きな電圧を必要とする。
のは構造が複雑であり、加えて駆動材の圧電素子の駆動
時には１００Ｖ程度の大きな電圧を必要とする。
【０００７】又、図４における形状記憶合金ワイヤーを
駆動材として用いたものはφ０．２ｍｍ程度のワイヤー
を使用しているため、通電加熱時に必要な電流が０．６
Ａと大きな電流を必要とし、加熱冷却の１サイクルに要
する時間も１５秒と長い時間を必要とする。加えて、そ
の構造から駆動材と搬送する流体が直接接するために搬
送する流体の種類が限られたものになっていた。本発明
は、構造が簡単で、かつ低電圧、低電流で駆動できるマ
イクロポンプを提供するにある。
駆動材として用いたものはφ０．２ｍｍ程度のワイヤー
を使用しているため、通電加熱時に必要な電流が０．６
Ａと大きな電流を必要とし、加熱冷却の１サイクルに要
する時間も１５秒と長い時間を必要とする。加えて、そ
の構造から駆動材と搬送する流体が直接接するために搬
送する流体の種類が限られたものになっていた。本発明
は、構造が簡単で、かつ低電圧、低電流で駆動できるマ
イクロポンプを提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、構造が簡単
で、かつ低電圧、低電流で駆動できるマイクロポンプを
提供することにあり、流体の微小流量の搬送を目的とし
たマイクロポンプであって、弾性体からなるパイプとそ
の内壁中にパイプと同心状に一体に埋め込まれた形状記
憶合金コイルばね、及びパイプ内を流れる流路に設けた
一組の一方向弁からなる構造としたマイクロポンプであ
る。
で、かつ低電圧、低電流で駆動できるマイクロポンプを
提供することにあり、流体の微小流量の搬送を目的とし
たマイクロポンプであって、弾性体からなるパイプとそ
の内壁中にパイプと同心状に一体に埋め込まれた形状記
憶合金コイルばね、及びパイプ内を流れる流路に設けた
一組の一方向弁からなる構造としたマイクロポンプであ
る。
【０００９】
【作用】本発明のマイクロポンプは、加熱した時にオー
ステナイト相となり、予め記憶した形状に収縮し、又通
電を停止した時、オーステナイト−マルテンサイト変態
温度以下になり、マルテンサイト相になって抗張力が小
さくなり伸長する形状記憶合金ばねを、パイプと同心状
に一体に埋め込み形成し、パイプの出口と入口に夫々入
口から出口側へ液体が流れるよう一方向弁が取り付けら
れた構成としてある。弾性を有するパイプ壁中の形状記
憶合金コイルばねは、通電して昇温させると予め記憶さ
せておいた形状となり収縮し、形状記憶合金コイルばね
に通電を止めると温度が低下して形状記憶合金コイルば
ねがオーステナイト相からマルテンサイト相になって、
抗張力がほぼオーステナイト相の時の１／３程になるの
で、弾性を有するパイプの弾性を利用して形状を回復復
帰させる。従って、パイプは液体の通路と回復ばねの働
きをしているので、構造が簡単で形状も小形にできる。
ステナイト相となり、予め記憶した形状に収縮し、又通
電を停止した時、オーステナイト−マルテンサイト変態
温度以下になり、マルテンサイト相になって抗張力が小
さくなり伸長する形状記憶合金ばねを、パイプと同心状
に一体に埋め込み形成し、パイプの出口と入口に夫々入
口から出口側へ液体が流れるよう一方向弁が取り付けら
れた構成としてある。弾性を有するパイプ壁中の形状記
憶合金コイルばねは、通電して昇温させると予め記憶さ
せておいた形状となり収縮し、形状記憶合金コイルばね
に通電を止めると温度が低下して形状記憶合金コイルば
ねがオーステナイト相からマルテンサイト相になって、
抗張力がほぼオーステナイト相の時の１／３程になるの
で、弾性を有するパイプの弾性を利用して形状を回復復
帰させる。従って、パイプは液体の通路と回復ばねの働
きをしているので、構造が簡単で形状も小形にできる。
【００１０】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図１は、
本発明の実施例に係わるマイクロポンプの構造を示す縦
断面図であり、本体は弾性を有する樹脂材からなり、内
部に液体を一方向へ送る一方向弁を設けた中央に孔のあ
いたパイプ状をしている。図１において、弾性体からな
るパイプ１、パイプ壁中にパイプと同心状にパイプと一
体に埋め込まれた形状記憶合金コイルばね２と、パイプ
の一方の口に設けた吸入口３と、パイプの他方の口の排
出口４と、パイプの吸入口３に設けた吸入側一方向弁５
と、排出口４に設けた排出側一方向弁６と、弾性体から
なるパイプ１及び吸入側一方向弁５と排出側一方向弁６
によって囲まれた空間のケーシング７と、形状記憶合金
コイルばねを直接加熱するための形状記憶合金コイルば
ねの両端に接続された通電加熱用電極８とにより構成さ
れている。
本発明の実施例に係わるマイクロポンプの構造を示す縦
断面図であり、本体は弾性を有する樹脂材からなり、内
部に液体を一方向へ送る一方向弁を設けた中央に孔のあ
いたパイプ状をしている。図１において、弾性体からな
るパイプ１、パイプ壁中にパイプと同心状にパイプと一
体に埋め込まれた形状記憶合金コイルばね２と、パイプ
の一方の口に設けた吸入口３と、パイプの他方の口の排
出口４と、パイプの吸入口３に設けた吸入側一方向弁５
と、排出口４に設けた排出側一方向弁６と、弾性体から
なるパイプ１及び吸入側一方向弁５と排出側一方向弁６
によって囲まれた空間のケーシング７と、形状記憶合金
コイルばねを直接加熱するための形状記憶合金コイルば
ねの両端に接続された通電加熱用電極８とにより構成さ
れている。
【００１１】本発明では、弾性体からなるパイプ１に
は、温度変化に対して弾性変形の変化が少ない電気絶縁
材のシリコンゴムを使用しており、形状記憶合金コイル
ばねはシリコンゴムのパイプの壁中に一体に成型されて
おり、後述するマイクロポンプを駆動する際の形状記憶
合金コイルばねに通電して形状記憶合金コイルばねに収
縮又は伸長の形状変形を与えるための温度に耐え、形状
記憶合金コイルばねが冷却した時に、形状記憶合金コイ
ルばねを伸長するバイアスばねの役割をする。
は、温度変化に対して弾性変形の変化が少ない電気絶縁
材のシリコンゴムを使用しており、形状記憶合金コイル
ばねはシリコンゴムのパイプの壁中に一体に成型されて
おり、後述するマイクロポンプを駆動する際の形状記憶
合金コイルばねに通電して形状記憶合金コイルばねに収
縮又は伸長の形状変形を与えるための温度に耐え、形状
記憶合金コイルばねが冷却した時に、形状記憶合金コイ
ルばねを伸長するバイアスばねの役割をする。
【００１２】形状記憶合金コイルばねには、本実施例で
はニッケル（Ｎｉ）がほぼ５０％であるニッケル（Ｎ
ｉ）−チタン（Ｔｉ）合金を用いており、ＮｉとＴｉと
の組成比により形状変化を生ずる温度が変わるので、搬
送する液体の温度により形状記憶合金コイルばねのＮｉ
Ｔｉの組成比を選択する。
はニッケル（Ｎｉ）がほぼ５０％であるニッケル（Ｎ
ｉ）−チタン（Ｔｉ）合金を用いており、ＮｉとＴｉと
の組成比により形状変化を生ずる温度が変わるので、搬
送する液体の温度により形状記憶合金コイルばねのＮｉ
Ｔｉの組成比を選択する。
【００１３】図２は図１に示した本発明のマイクロポン
プの駆動時における二つの状態を示し、図２の（Ａ）は
通電加熱することにより形状記憶合金コイルばね２がマ
ルテンサイト相からオーステナイト相となり、予め記憶
されている形状に収縮した状態を示し、図２の（Ｂ）は
通電を止めることにより形状記憶合金コイルばねがケー
シング内を通過する液体により冷却され、オーステナイ
ト相から低い抗張力となるマルテンサイト相になり、弾
性体のパイプの弾性力により伸長した状態を示してい
る。
プの駆動時における二つの状態を示し、図２の（Ａ）は
通電加熱することにより形状記憶合金コイルばね２がマ
ルテンサイト相からオーステナイト相となり、予め記憶
されている形状に収縮した状態を示し、図２の（Ｂ）は
通電を止めることにより形状記憶合金コイルばねがケー
シング内を通過する液体により冷却され、オーステナイ
ト相から低い抗張力となるマルテンサイト相になり、弾
性体のパイプの弾性力により伸長した状態を示してい
る。
【００１４】以下、図２を参照して本発明のマイクロポ
ンプの動作について説明する。通電加熱された形状記憶
合金コイルばね２は、収縮することによって弾性体から
なるパイプ１も収縮させることになる。このためにパイ
プ１の容積は小さくなり、ケーシング７内の圧力は上昇
する。このためケーシング７内に入っていた流体は排出
側一方向弁６を通って排出口４から排出される。その
後、通電を止めることによって発熱が止まると共に、形
状記憶合金コイルばねはケーシング内の液体によっても
冷却される。この時形状記憶合金コイルばねは、弾性体
からなるパイプ１の反発力により元の形状に回復するた
めに、形状記憶合金コイルばね２を引き伸ばすバイアス
ばねの役割をする。これと同時に、小さくなっていたケ
ーシング７の容積も拡大し圧力が低下するために排出側
一方向弁は閉じ、吸入側一方向弁５は開かれ、吸入口４
より流体をケーシング７の内部に吸入する。この動作を
繰り返すことによって流体を吸入口から排出口の外へ搬
送する。
ンプの動作について説明する。通電加熱された形状記憶
合金コイルばね２は、収縮することによって弾性体から
なるパイプ１も収縮させることになる。このためにパイ
プ１の容積は小さくなり、ケーシング７内の圧力は上昇
する。このためケーシング７内に入っていた流体は排出
側一方向弁６を通って排出口４から排出される。その
後、通電を止めることによって発熱が止まると共に、形
状記憶合金コイルばねはケーシング内の液体によっても
冷却される。この時形状記憶合金コイルばねは、弾性体
からなるパイプ１の反発力により元の形状に回復するた
めに、形状記憶合金コイルばね２を引き伸ばすバイアス
ばねの役割をする。これと同時に、小さくなっていたケ
ーシング７の容積も拡大し圧力が低下するために排出側
一方向弁は閉じ、吸入側一方向弁５は開かれ、吸入口４
より流体をケーシング７の内部に吸入する。この動作を
繰り返すことによって流体を吸入口から排出口の外へ搬
送する。
【００１５】本発明によるマイクロポンプを使用して水
を搬送した時のポンプの特性を表１に示す。この時、弾
性体からなるパイプ内径はφ０．５ｍｍ、外径はφ１．
１ｍｍ、長さは４ｍｍ、形状記憶合金コイルばねの素線
径はφ０．１ｍｍ、コイル径はφ０．８ｍｍ、ポンプの
全長は１２ｍｍである。表１から明かなように、本発明
のマイクロポンプを使用することによって、１２マイク
ロリットル／分の流量を得た。
を搬送した時のポンプの特性を表１に示す。この時、弾
性体からなるパイプ内径はφ０．５ｍｍ、外径はφ１．
１ｍｍ、長さは４ｍｍ、形状記憶合金コイルばねの素線
径はφ０．１ｍｍ、コイル径はφ０．８ｍｍ、ポンプの
全長は１２ｍｍである。表１から明かなように、本発明
のマイクロポンプを使用することによって、１２マイク
ロリットル／分の流量を得た。
【００１６】
【表１】
【００１７】これに対して、前記図４に示す形状記憶合
金ワイヤーを使用したマイクロポンプでは、駆動時の電
流が０．６Ａと本発明のものの４倍の電流を消費する。
又、圧電アクチュエータを使用したマイクロポンプは、
駆動時の電圧が１００Ｖと高い電圧が必要である。従っ
て、本発明のマイクロポンプを使用することによって簡
単な構造で、かつ低電圧、低電流で駆動できるマイクロ
ポンプを提供することができる。
金ワイヤーを使用したマイクロポンプでは、駆動時の電
流が０．６Ａと本発明のものの４倍の電流を消費する。
又、圧電アクチュエータを使用したマイクロポンプは、
駆動時の電圧が１００Ｖと高い電圧が必要である。従っ
て、本発明のマイクロポンプを使用することによって簡
単な構造で、かつ低電圧、低電流で駆動できるマイクロ
ポンプを提供することができる。
【００１８】なお、本発明の実施例は、形状記憶合金コ
イルばねに直接通電した時に形状記憶合金コイルばねが
加熱されて、予め記憶された形状に収縮し、通電を停止
した時に伸長する例で示したが、形状記憶合金コイルば
ねに通電した時に形状記憶合金コイルばねが伸長してパ
イプを伸長し、通電を止めた後、パイプの弾性で収縮
し、ケーシング内の液体を排出口へ押し出すように構成
したマイクロポンプとしてもよい。
イルばねに直接通電した時に形状記憶合金コイルばねが
加熱されて、予め記憶された形状に収縮し、通電を停止
した時に伸長する例で示したが、形状記憶合金コイルば
ねに通電した時に形状記憶合金コイルばねが伸長してパ
イプを伸長し、通電を止めた後、パイプの弾性で収縮
し、ケーシング内の液体を排出口へ押し出すように構成
したマイクロポンプとしてもよい。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるマイ
クロポンプは、弾性体のパイプとその壁中にパイプと一
体に埋め込んだ、温度を上昇した時に予め記憶した形状
に変形する形状記憶合金コイルばね、及び一組の一方向
弁からなる構造としたマイクロポンプであるので、簡単
な構造で、かつ低電圧、低電流で駆動できるマイクロポ
ンプを提供することができる。
クロポンプは、弾性体のパイプとその壁中にパイプと一
体に埋め込んだ、温度を上昇した時に予め記憶した形状
に変形する形状記憶合金コイルばね、及び一組の一方向
弁からなる構造としたマイクロポンプであるので、簡単
な構造で、かつ低電圧、低電流で駆動できるマイクロポ
ンプを提供することができる。
【図１】本発明の実施例によるマイクロポンプの構造を
示す縦断面図。
示す縦断面図。
【図２】本発明の実施例に係わるマイクロポンプの動作
状態を示す図で、図２の（Ａ）は通電加熱によって形状
記憶合金コイルばねが収縮した状態を示す縦断面図、図
２の（Ｂ）は形状記憶合金コイルばねに通電を止め、形
状記憶合金コイルばねが冷却し、弾性体からなるパイプ
に引き伸ばされた状態を示す縦断面図。
状態を示す図で、図２の（Ａ）は通電加熱によって形状
記憶合金コイルばねが収縮した状態を示す縦断面図、図
２の（Ｂ）は形状記憶合金コイルばねに通電を止め、形
状記憶合金コイルばねが冷却し、弾性体からなるパイプ
に引き伸ばされた状態を示す縦断面図。
【図３】駆動材として圧電素子を使用した従来のマイク
ロポンプの概略の構造を示す断面図。
ロポンプの概略の構造を示す断面図。
【図４】駆動材として形状記憶合金ワイヤーを使用した
従来のマイクロポンプの概略の構造を示す断面図。
従来のマイクロポンプの概略の構造を示す断面図。
１ パイプ ２ 形状記憶合金コイルばね ３ 吸入口 ４ 排出口 ５ 吸入側一方向弁 ６ 排出側一方向弁 ７ ケーシング ８ 通電加熱用電極 ９ 圧電素子 １０ シリコン（構造材） １１ 形状記憶合金ワイヤー １２ ベローズ １３ ダイヤフラム
Claims (1)
- 【請求項１】 弾性体からなるパイプとその壁中にパイ
プと同心状に一体に埋め込んだ形状記憶合金コイルばね
と、及び弾性体からなるパイプに取り付けられた一組の
一方向弁からなる構造を有するマイクロポンプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33528492A JPH06159250A (ja) | 1992-11-19 | 1992-11-19 | マイクロポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33528492A JPH06159250A (ja) | 1992-11-19 | 1992-11-19 | マイクロポンプ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06159250A true JPH06159250A (ja) | 1994-06-07 |
Family
ID=18286803
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33528492A Pending JPH06159250A (ja) | 1992-11-19 | 1992-11-19 | マイクロポンプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06159250A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004257274A (ja) * | 2003-02-24 | 2004-09-16 | Takao Tsuda | 液体ポンプ |
| KR100931897B1 (ko) * | 2008-12-02 | 2009-12-15 | 전남대학교산학협력단 | 스냅-스루를 이용한 마이크로 펌프 |
| US20140086772A1 (en) * | 2011-02-23 | 2014-03-27 | Jan Olsen | Actuator element and an actuator for generating a force and/or a movement |
| WO2019222187A1 (en) * | 2018-05-14 | 2019-11-21 | Massachusetts Institute Of Technology | Nanofluidic peristaltic pumps and methods of use |
| EP3954899A1 (en) * | 2020-08-10 | 2022-02-16 | Stefan cel Mare University of Suceava | Pumping system |
| WO2022212481A1 (en) | 2021-03-30 | 2022-10-06 | The American University In Cairo | Shape memory alloy capsule micropump for drug delivery applications |
| CN115492746A (zh) * | 2022-08-31 | 2022-12-20 | 吉林大学 | 一种记忆合金丝对抗式驱动双作用连续输出微型泵 |
-
1992
- 1992-11-19 JP JP33528492A patent/JPH06159250A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004257274A (ja) * | 2003-02-24 | 2004-09-16 | Takao Tsuda | 液体ポンプ |
| KR100931897B1 (ko) * | 2008-12-02 | 2009-12-15 | 전남대학교산학협력단 | 스냅-스루를 이용한 마이크로 펌프 |
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| WO2022212481A1 (en) | 2021-03-30 | 2022-10-06 | The American University In Cairo | Shape memory alloy capsule micropump for drug delivery applications |
| EP4314556A4 (en) * | 2021-03-30 | 2025-01-29 | The American University in Cairo | Shape memory alloy capsule micropump for drug delivery applications |
| CN115492746A (zh) * | 2022-08-31 | 2022-12-20 | 吉林大学 | 一种记忆合金丝对抗式驱动双作用连续输出微型泵 |
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