JP2011241808A - 流体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置構成を簡略化および小型化して、流体の送液方向を切り替え可能な、流体装置の提供を図る。
【解決手段】流体装置１は、双方向に通気または通液自在な内部流路を設けた筐体１１の内部に、所定方向の流れを内部流路に発生させる圧電ポンプ１２Ａと、圧電ポンプ１２Ａの所定方向の流れとは逆向きの流れを内部流路に発生させる圧電ポンプ１２Ｂと、を備える。これにより、圧電ポンプ１２Ａと圧電ポンプ１２Ｂとのうちの一方を主体として動作させることで、流体の送液方向を切り替えることができる。
【選択図】図２

Description

この発明は、流体の送液方向（または送気方向）を切り替え可能な流体装置に関する。

ノートパソコンのような小型の電子機器において、流体制御を必要とする燃料電池や水冷装置などを設けることがある。流体制御を担う流体装置では、従来は流体の圧力源としてモーターポンプを採用することが一般的であったが、小型化や制振化、省電力化などの要望から圧電素子を利用したマイクロポンプを採用する例が増えている（例えば、特許文献１参照）。

図１は、従来のマイクロポンプの構成例を説明する図である。マイクロポンプ２０１はハウジング２１０、導入フロート弁２４０、吐出フロート弁２５０、およびダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａ，１２０Ｂを備える。ダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａ，１２０Ｂはそれぞれ、上下に屈曲振動してマイクロポンプ２０１の内部空間の圧力を変化させ、導入フロート弁２４０から吐出フロート弁２５０への一方向の流れを生じさせる。

また流体装置では、流体の送液方向（または送気方向、以下の説明では両者を統一して送液方向と称する）を切り替えることがある(例えば、特許文献２参照)。この場合、圧力源として正圧源または負圧源を用意し、両者を切り替えて使用する。そのため、使用する圧力源を切り替える接続切替弁が流体装置に設けられる。

特開２００７−０９２６７７号公報 特開２００２−１０３２６３号公報

従来、流体装置において流体の送液方向を切り替えようとするならば、正負の流体圧源や接続切替弁、それらを接続する複数の配管が必要で、装置構成が複雑化、大型化していた。そこで本発明は、装置構成を簡略化および小型化して、流体の送液方向を切り替え可能な、流体装置の提供を目的とする。

この発明の流体装置は、双方向に通気または通液自在な内部流路を設けた筐体の内部に、所定方向の流れを内部流路に発生させる第１のポンプ部と、第１のポンプ部の所定方向の流れとは逆向きの流れを内部流路に発生させる第２のポンプ部と、を備える。

例えば、第１および第２のポンプ部の流路導入口側を互いに連通させ、流路吐出口側を筐体外部に向ける場合、一方側に配置するポンプ部を主体的に駆動させることで、一方側のポンプ部に接続された送液対象（または送気対象、以下の説明では両者を統一して送液対象と称する）に流体を送ることができる。また，他方側のポンプ部を主体的に駆動させることで、他方側のポンプ部に接続された送液対象に流体を送ることができる。

また例えば、第１および第２のポンプ部の流路吐出口側を互いに連通させ、流路導入口側を筐体外部に向ける場合、一方側のポンプ部を主体的に駆動させることで、他方側のポンプ部に接続された送液対象に流体を送ることができる。また，他方側のポンプ部を主体的に駆動させることで、一方側のポンプ部に接続された送液対象に流体を送ることができる。

このように、本発明では主体的に駆動させるポンプ部を切り替えることで、流体の送液方向を切り替えられる。さらには、接続切替弁を設ける必要がなくなるとともに配管接続が簡略化でき、装置構成の簡略化と小型化とを進展させられる。

本発明の第１および第２のポンプ部は、圧電ポンプを備えると好適である。圧電ポンプは、内部流路に連通するポンプ口を設けたポンプ室と、内部流路のポンプ口に対向する壁面に設けた流路吐出口と、ポンプ室のポンプ口に対向する壁面を構成するダイアフラムと、ダイアフラムを屈曲振動させる圧電素子と、を備え、ポンプ室の容積変化に基づいて内部流路に流れを発生させる。この構成によれば、ポンプ部自体の小型化と省電力化とを進展させられる。また、内部流路内にポンプ部の構成部材が介在せず、いずれかの圧電ポンプを非駆動としても内部流路内での圧力損失の発生を抑制できる。

本発明の流体装置は、第１および第２のポンプ部を択一的に駆動させる制御部をさらに備えると好適である。これにより両者を同時駆動する場合よりも内部流路内での圧力損失を抑制できる。

本発明の第１および第２のポンプ部はそれぞれ、複数の圧電ポンプを備えると好適である。この構成では、第１および第２のポンプ部がそれぞれ複数段の圧電ポンプで構成され、これにより流体圧を増加させることが可能になる。

この発明によれば、主体的に駆動させるポンプ部を切り替えることで、流体の送液方向を切り替えられる。さらには、接続切替弁を設ける必要がなくなるとともに配管接続が簡略化でき、装置構成の簡略化と小型化とを進展させられる。

従来のマイクロポンプの構成例を説明する図である。 本発明の第１の実施形態に係る流体装置の構成例を説明する図である。 圧電ポンプの動作を説明する図である。 流体装置の動作制御を説明する図である。 本発明の第２の実施形態に係る流体装置の構成例を説明する図である。 本発明の第３の実施形態に係る流体装置の構成例を説明する図である。 本発明の第４の実施形態に係る流体装置の構成例を説明する図である。 本発明の第５の実施形態に係る流体装置の構成例を説明する図である。 本発明の第６の実施形態に係る流体装置の構成例を説明する図である。 流体装置のＰ−Ｑ特性を説明する図である。

《第１の実施形態》
以下、本願発明の第１の実施形態に係る流体装置の構成を、流体として空気を用いる例に基づいて説明する。なお、流体として気体ではなく液体を用いたり、気液混合流、固液混合流、固気混合流などを用いたりしてもよい。

図２（Ａ）は、第１の実施形態に係る流体装置１の模式断面図である。
流体装置１は、圧電ポンプ１２Ａ，１２Ｂと内部流路とが形成された筐体１１を備える。筐体１１は、吐出口形成板２Ａ，２Ｂ、流路板３Ａ，３Ｂ、ポンプ口形成板４Ａ，４Ｂ、および壁面板５Ａ，５Ｂを備える積層構造であり、筐体内部に振動板６Ａ，６Ｂを収容している。積層構造を採用することにより装置構成を大幅に低背化できる。
図２（Ｂ）は、圧電ポンプ１２Ａの分解斜視図である。なお、圧電ポンプ１２Ｂの構造は圧電ポンプ１２Ａと同様であり、その図示は省く。圧電ポンプ１２Ａは、吐出口形成板２Ａ、流路板３Ａ、ポンプ口形成板４Ａ、壁面板５Ａ、および、振動板６Ａ（ダイアフラム２０および圧電素子２２）を備えて構成している。同様に圧電ポンプ１２Ｂは、吐出口形成板２Ｂ、流路板３Ｂ、ポンプ口形成板４Ｂ、壁面板５Ｂ、および振動板６Ｂを備えて構成している。

吐出口形成板２Ａ，２Ｂは平面視してそれぞれ矩形外形のPETシートからなり、流路吐出口１３Ａ，１３Ｂが中央に形成されている。流路板３Ａ，３Ｂはそれぞれ平面視して矩形外形のPETシートからなり、内部流路となる溝１５Ａ，１５Ｂが中央の開口部から端部手前まで設けられている。ポンプ口形成板４Ａ，４Ｂはそれぞれ平面視して矩形外形のPETシートからなり、ポンプ口１６Ａ，１６Ｂが中央に形成され、内部流路となる孔１７Ａ，１７Ｂが端部手前に形成されている。壁面板５Ａ，５Ｂはそれぞれ平面視して矩形外形、円形内形のPETシートからなり、内部流路となる孔１８Ａ，１８Ｂが端部手前に形成され、内部空間１９とポンプ室２３Ａ，２３Ｂとになる空間が中央に形成されている。

振動板６Ａ，６Ｂはそれぞれ、ダイアフラム２０、および圧電素子２２を備える。ダイアフラム２０は、内部空間１９とポンプ室２３Ａ，２３Ｂとの間を区画する位置で、全周にわたって壁面板５Ａ，５Ｂに固定されている。圧電素子２２は、ダイアフラム２０に接合されており内部空間１９に収容する。

流路吐出口１３Ａは内部流路における下流側の端部に設けている。流路吐出口１３Ｂは内部流路における上流側の端部に設けている。溝１５Ａ，１５Ｂは流路吐出口１３Ａ，１３Ｂと孔１７Ａ，１７Ｂとに連通し、孔１８Ａ，１８Ｂは孔１７Ａ，１７Ｂと流路導入口１４Ａ，１４Ｂとに連通する。流路導入口１４Ａ，１４Ｂは内部空間１９に露出する。これらが、流路吐出口１３Ａ，１３Ｂ間の内部流路を構成している。また、ポンプ口１６Ａ，１６Ｂは、流路吐出口１３Ａ，１３Ｂに対向する位置で内部流路（溝１５Ａ，１５Ｂ）に連通するとともに、ポンプ室２３Ａ，２３Ｂに連通する。

このような構成の流体装置１において、振動板６Ａ，６Ｂの圧電素子２２はそれぞれ交番電圧が印加されることで面方向に伸縮する。振動板６Ａ，６Ｂは、圧電素子２２の面方向伸縮に伴い図中上下に屈曲振動し、これによりポンプ室２３Ａ，２３Ｂに容積変化が生じる。詳細な動作や制御の説明は後述するが、ポンプ室２３Ａ，２３Ｂの容積変化により、圧電ポンプ１２Ａ，１２Ｂそれぞれで流路導入口１４Ａ，１４Ｂから流路吐出口１３Ａ，１３Ｂへ流体が流れることになる。圧電素子２２を利用することにより、従来のモータの回転振動よりも制振性、静音性、および省電力性を高められる。

次に、圧電ポンプ１２Ａの駆動時動作の詳細について説明する。なお、圧電ポンプ１２Ｂの駆動時動作の詳細については圧電ポンプ１２Ａと同様であり、その説明は省く。

図３（Ａ）は、圧電ポンプ１２Ａの初期状態（非電圧印加時）の拡大断面図である。このとき圧電素子２２は伸縮せず、ダイアフラム２０は平坦状である。
図３（Ｂ）は、交番電圧の最初の１／４周期での圧電ポンプ１２Ａの拡大断面図である。このとき圧電素子２２は伸長し、ダイアフラム２０は下に凸に屈曲する。これによりポンプ室２３Ａの容積が拡張して、ポンプ口１６Ａからポンプ室２３Ａに流体が吸い込まれ、溝１５Ａで端部から中央に向いた流れが生じる。
図３（Ｃ）は、交番電圧の次の１／４周期での圧電ポンプ１２Ａの拡大断面図である。このとき圧電素子２２は初期状態に戻り、ダイアフラム２０は平坦状に戻る。これによりポンプ室２３Ａの容積が縮小して、ポンプ室２３Ａからポンプ口１６Ａに流体がはき出され、溝１５Ａを流れてきた流体を一緒に巻き込みながら、流路吐出口１３Ａから流れ出る。
図３（Ｄ）は、交番電圧の次の１／４周期での圧電ポンプ１２Ａの拡大断面図である。このとき圧電素子２２は短縮し、ダイアフラム２０は上に凸に屈曲する。これによりポンプ室２３Ａの容積が縮小して、ポンプ室２３Ａからポンプ口１６Ａに流体がはき出され、溝１５Ａを流れてきた流体を一緒に巻き込みながら、流路吐出口１３Ａから流れ出る。
図３（Ｅ）は、交番電圧の次の１／４周期での圧電ポンプ１２Ａの拡大断面図である。このとき圧電素子２２は初期状態に戻り、ダイアフラム２０は平坦状に戻る。これによりポンプ室２３Ａの容積が拡張して、ポンプ口１６Ａからポンプ室２３Ａに流体が吸い込まれる。溝１５Ａを流れてきた流体は慣性により流れ続け、一部がポンプ口１６Ａに吸い込まれ、ほとんどが流路吐出口１３Ａから流れ出つづける。

圧電ポンプ１２Ａは、駆動時に上述の交番電圧の各周期の状態（図３（Ｂ）〜（Ｅ））が繰り返され、流路吐出口１３Ａから流体を吐出しつづけることになる。

図４は、流体装置１における圧電ポンプ１２Ａ，１２Ｂの駆動制御の詳細について説明する図である。流体装置１を制御する制御部２５は、圧電ポンプ１２Ａ，１２Ｂと交番電圧源との間に設けた接続切替スイッチを切り替えて、圧電ポンプ１２Ａ，１２Ｂのいずれか一方を交番電圧源に接続する。そのため圧電ポンプ１２Ａ，１２Ｂは、交番電圧源とアースとの間に択一的に接続されて駆動する。

すると、流体装置１の内部流路において、図２に示す圧電ポンプ１２Ａの流路導入口１４Ａから流路吐出口１３Ａへの流体の流れ、または、圧電ポンプ１２Ｂの流路導入口１４Ｂから流路吐出口１３Ｂへの流体の流れが生じることになる。

ここで、本実施形態の流体装置１では、流路吐出口１３Ａは流路導入口１４Ａ、内部空間１９を介して流路導入口１４Ｂから流路吐出口１３Ｂまで連通しており、圧電ポンプ１２Ａ，１２Ｂ共に高い吐出圧を有することから、いずれかを主体的に駆動させることで、流路吐出口１３Ａと流路吐出口１３Ｂとの間で流体の流れが生じる。
圧電ポンプ１２Ａに接続された送液対象に流体を送る場合には、制御部２５で下流側に配置する圧電ポンプ１２Ａを主体的に駆動させることにより、圧電ポンプ１２Ｂの流路吐出口１３Ｂ、流路導入口１４Ｂ、内部空間１９、圧電ポンプ１２Ａの流路導入口１４Ａを介して流路吐出口１３Ａから、送液対象に流体を送ることができる。
一方、圧電ポンプ１２Ｂに接続された送液対象に流体を送る場合には、制御部２５で上流側に配置する圧電ポンプ１２Ｂを主体的に駆動させることにより、圧電ポンプ１２Ａの流路吐出口１３Ａ、流路導入口１４Ａ、内部空間１９、圧電ポンプ１２Ｂの流路導入口１４Ｂを介して流路吐出口１３Ｂから、送液対象に流体を送ることができる。

以上、説明したように流体装置１は、主体的に駆動する圧電ポンプを選択することにより、流体の流れる方向を切り替えられる。この流体装置１を単一の圧力源とすることで正負２つの圧力源や接続切替弁が必要なくなるため、装置構成が簡略化、および小型化できる。また、内部流路での流体の流れを阻害する弁構造など、どのような構成部材も内部流路に介在しないので、圧電ポンプ１２Ａ，１２Ｂのいずれかが非駆動であっても内部流路内での圧力損失の発生が小さいというメリットもある。

また、この構成では、圧電ポンプ１２Ａ，１２Ｂの構造が共通であるため、同一の２つの圧電ポンプを貼り合わせて流体装置１を製造できる。

《第２の実施形態》
次に、本願発明の第２の実施形態に係る流体装置の構成を説明する。図５は、第２の実施形態に係る流体装置３１の模式断面図である。なお、流体装置３１において前述の流体装置１と同様な構成には同じ符号を付し、その説明を省く。

この流体装置３１は、圧電ポンプごとに設けていた壁面板を共通化した一つの壁面板３５と、内部空間１９に連通することなく孔１７Ａ，１７Ｂ間を直接接続する孔３８と、を設け、圧電ポンプ３２Ａ，３２Ｂを構成している。

この構成では、孔１７Ａ，１７Ｂと内部空間１９とを連通するためのスペースを省略でき、配管構造の簡略化と装置構成の低背化とを進展させられる。なお、この構成では内部空間１９が完全に外部から遮断されることで、内部空間１９内の密度などによっては振動板６Ａ，６Ｂの抵抗が増え、振動板６Ａ，６Ｂの振幅が抑制されてしまう。そのため、内部空間１９を外部に連通させる連通口（不図示）を設けるようにすると好適である。

《第３の実施形態》
次に、本願発明の第３の実施形態に係る流体装置の構成を説明する。図６（Ａ）は、第３の実施形態に係る流体装置４１の模式断面図である。なお、流体装置４１において前述の流体装置１と同様な構成には同じ符号を付し、その説明を省く。

この流体装置４１は、第１の実施形態と同じ構成の圧電ポンプ１２Ａ，１２Ｂ、圧電ポンプ１２Ａと同一の構成であり圧電ポンプ１２Ａに積層した圧電ポンプ４２Ａ、および、圧電ポンプ１２Ｂと同一の構成であり圧電ポンプ１２Ｂに積層した圧電ポンプ４２Ｂ、を備える。
圧電ポンプ４２Ａ，４２Ｂはそれぞれ、流路吐出口４３Ａ，４３Ｂ、流路導入口４４Ａ，４４Ｂ、および内部空間４９Ａ，４９Ｂが形成されている。

本実施形態の流体装置４１では、圧電ポンプ４２Ａの内部空間４９Ａが圧電ポンプ１２Ａの流路吐出口１３Ａに連通する。また、圧電ポンプ４２Ｂの内部空間４９Ｂが圧電ポンプ１２Ｂの流路吐出口１３Ｂに連通する。そのため、圧電ポンプ４２Ａの流路吐出口４３Ａは、流路導入口４４Ａ、内部空間４９Ａ、圧電ポンプ１２Ａの流路吐出口１３Ａ、流路導入口１４Ａ、内部空間１９、圧電ポンプ１２Ｂの流路導入口１４Ｂ、流路吐出口１３Ｂ、圧電ポンプ４２Ｂの内部空間４９Ｂ、および流路導入口４４Ｂを介して、圧電ポンプ４２Ｂの流路吐出口４３Ｂに連通する。したがって、内部流路の下流側に配置する圧電ポンプ１２Ａと圧電ポンプ４２Ａとのうちの一方または両方を主体的に駆動させることにより、圧電ポンプ４２Ｂの流路吐出口４３Ｂから圧電ポンプ４２Ａの流路吐出口４３Ａに流体が流れ、圧電ポンプ４２Ａの流路吐出口４３Ａに接続される送液対象に流体を送ることができる。
一方、内部流路の上流側に配置する圧電ポンプ４２Ａと圧電ポンプ１２Ｂとのうちの一方または両方を主体的に駆動させることにより、圧電ポンプ４２Ａの流路吐出口４３Ａから圧電ポンプ４２Ｂの流路吐出口４３Ｂに流体が流れ、圧電ポンプ４２Ｂの流路吐出口４３Ｂに接続される送液対象に流体を送ることができる。

このような構成で、圧電ポンプ１２Ａとともに圧電ポンプ４２Ａも駆動させることにより、または圧電ポンプ１２Ｂとともに圧電ポンプ４２Ｂも駆動させることにより、圧電ポンプ１２Ａ，１２Ｂ単体を駆動するよりも流体圧を増幅することができる。

図６（Ｂ）は、第３の実施形態の別の構成例に係る流体装置４５の模式断面図である。なお、流体装置４５において前述の流体装置３１と同様な構成には同じ符号を付し、その説明を省く。

この流体装置４５は、第２の実施形態と同じ構成の圧電ポンプ３２Ａ，３２Ｂ、圧電ポンプ３２Ａに積層した圧電ポンプ４２Ａ、および、圧電ポンプ３２Ｂに積層した圧電ポンプ４２Ｂ、を備える。

本実施形態の流体装置４５では、圧電ポンプ４２Ａの内部空間４９Ａが圧電ポンプ３２Ａの流路吐出口１３Ａに連通する。また、圧電ポンプ４２Ｂの内部空間４９Ｂが圧電ポンプ３２Ｂの流路吐出口１３Ｂに連通する。そのため、圧電ポンプ４２Ａの流路吐出口４３Ａは、流路導入口４４Ａ、内部空間４９Ａ、圧電ポンプ３２Ａの流路吐出口１３Ａ、圧電ポンプ３２Ｂの流路吐出口１３Ｂ、圧電ポンプ４２Ｂの内部空間４９Ｂ、および流路導入口４４Ｂを介して、圧電ポンプ４２Ｂの流路吐出口４３Ｂに連通する。したがって、内部流路の下流側に配置する圧電ポンプ３２Ａと圧電ポンプ４２Ａとのうちの一方または両方を主体的に駆動させることにより、圧電ポンプ４２Ｂの流路吐出口４３Ｂから圧電ポンプ４２Ａの流路吐出口４３Ａに流体が流れ、圧電ポンプ４２Ａの流路吐出口４３Ａに接続される送液対象に流体を送ることができる。
一方、内部流路の上流側に配置する圧電ポンプ４２Ｂと圧電ポンプ３２Ｂとのうちの一方または両方を主体的に駆動させることにより、圧電ポンプ４２Ａの流路吐出口４３Ａから圧電ポンプ４２Ｂの流路吐出口４３Ｂに流体が流れ、圧電ポンプ４２Ｂの流路吐出口４３Ｂに接続される送液対象に流体を送ることができる。この構成でも、流体装置４１と同様に流体圧を増幅することができる。

《第４の実施形態》
次に、本願発明の第４の実施形態に係る流体装置の構成を説明する。図７は、第４の実施形態に係る流体装置５１の模式断面図である。なお、流体装置５１において前述の流体装置１と同様な構成には同じ符号を付し、その説明を省く。

この流体装置５１は、第１の実施形態と同じ構成の圧電ポンプ１２Ａ，１２Ｂ、圧電ポンプ１２Ａに積層した側面連通カバー５２Ａ、および、圧電ポンプ１２Ｂに積層した側面連通カバー５２Ｂ、を備える。
側面連通カバー５２Ａ，５２Ｂはそれぞれ、流路５３Ａ，５３Ｂと流路口５４Ａ，５４Ｂとを備える。

本実施形態の流体装置５１では、側面連通カバー５２Ａの流路５３Ａが圧電ポンプ１２Ａの流路吐出口１３Ａに連通する。また、側面連通カバー５２Ｂの流路５３Ｂが圧電ポンプ１２Ｂの流路吐出口１３Ｂに連通する。そのため、側面連通カバー５２Ａの流路口５４Ａは、流路５３Ａ、圧電ポンプ１２Ａの流路吐出口１３Ａ、流路導入口１４Ａ、内部空間１９、圧電ポンプ１２Ｂの流路導入口１４Ｂ、流路吐出口１３Ｂ、および側面連通カバー５２Ｂの流路５３Ｂを介して、側面連通カバー５２Ｂの流路口５４Ｂに連通する。したがって、内部流路の下流側に配置する圧電ポンプ１２Ａを主体的に駆動させることにより、側面連通カバー５２Ｂの流路口５４Ｂから側面連通カバー５２Ａの流路口５４Ａに流体が流れ、側面連通カバー５２Ａの流路口５４Ａに接続される送液対象に流体を送ることができる。
一方、内部流路の上流側に配置する圧電ポンプ１２Ｂを主体的に駆動させることにより、側面連通カバー５２Ａの流路口５４Ａから側面連通カバー５２Ｂの流路口５４Ｂに流体が流れ、側面連通カバー５２Ｂの流路口５４Ｂに接続される送液対象に流体を送ることができる。

この構成では、圧電素子をおおむね２０ｋＨｚ以上の難可聴周波数領域又は超音波領域の交番電圧で駆動し、ダイアフラムの振動によるポンプ室の圧力変化をほぼ一様に変化する大きさにすることで、側面連通カバー５２Ａ，５２Ｂにおける側面開口までの流体の流れを得ることが可能になる。すると、この流体装置５１の前後に配管を接続する場合であっても、全体構造を低背に保つことが可能になる。

なお、第４の実施形態の流体装置３１の両主面に、流体装置５１と同一の側面連通カバー５２Ａ，５２Ｂを設けてもよく、その場合にも本実施形態の流体装置５１と同一の効果が得られることは言うまでもない。

《第５の実施形態》
次に、本願発明の第５の実施形態に係る流体装置の構成を説明する。図８は、第５の実施形態に係る流体装置６１の模式断面図である。なお、流体装置６１において前述の流体装置５１と同様な構成には同じ符号を付し、その説明を省く。

この流体装置６１は、第４の実施形態と同じ構成の圧電ポンプ１２Ａ，１２Ｂ、側面連通カバー５２Ｂ、および、圧電ポンプ１２Ａに積層したノズル６２Ａ、を備える。
ノズル６２Ａは内部空間６９と複数のノズル口６４とを備える。

本実施形態の流体装置６１では、ノズル６２Ａの内部空間６９が圧電ポンプ１２Ａの流路吐出口１３Ａに連通する。そのため、ノズル６２Ａの複数のノズル口６４は、内部空間６９、圧電ポンプ１２Ａの流路吐出口１３Ａ、流路導入口１４Ａ、内部空間１９、圧電ポンプ１２Ｂの流路導入口１４Ｂ、流路吐出口１３Ｂ、および側面連通カバー５２Ｂの流路５３Ｂを介して、側面連通カバー５２Ｂの流路口５４Ｂに連通する。したがって、内部流路の下流側に配置する圧電ポンプ１２Ａを主体的に駆動させることにより、側面連通カバー５２Ｂの流路口５４Ｂからノズル６２Ａの複数のノズル口６４に流体が流れ、複数のノズル口６４から送液対象に流体を送ることができる。
一方、内部流路の上流側に配置する圧電ポンプ１２Ｂを主体的に駆動させることにより、ノズル６２Ａの複数のノズル口６４から側面連通カバー５２Ｂの流路口５４Ｂに流体が流れ、側面連通カバー５２Ｂの流路口５４Ｂに接続される送液対象に流体を送ることができる。

この構成では、流体装置６１にノズル６２Ａを直接設けることで、ノズル口６４に対向する物体近傍に流体装置６１の全体を配置することが可能になる。すると配管構造を限界まで短縮化でき、全体構造をより簡略化できる。また、複数の負荷に対して、同時に流体を送ることができる。

《第６の実施形態》
次に、本願発明の第６の実施形態に係る流体装置の構成を説明する。図９（Ａ）は、第６の実施形態に係る流体装置７１の模式断面図である。なお、流体装置７１において前述の流体装置１と同様な構成には同じ符号を付し、その説明を省く。

この流体装置７１は、第１の実施形態と同じ構成の圧電ポンプ１２Ａ，１２Ｂを備える。ただし、圧電ポンプ１２Ａ，１２Ｂはそれぞれ天地を逆にして、流路吐出口１３Ａ，１３Ｂ同士を合わせ、流路導入口１４Ａ，１４Ｂを筐体外部に連通させた構成である。

この構成では、圧電ポンプ１２Ａ，１２Ｂを択一的に接続して駆動することにより、流体装置７１の内部流路において、圧電ポンプ１２Ａの流路導入口１４Ａから流路吐出口１３Ａへの流体の流れ、または、圧電ポンプ１２Ｂの流路導入口１４Ｂから流路吐出口１３Ｂへの流体の流れが生じることになる。

ここで、本実施形態の流体装置７１では、圧電ポンプ１２Ａの流路吐出口１３Ａと、圧電ポンプ１２Ｂの流路吐出口１３Ｂとが連通する。そのため、圧電ポンプ１２Ａの流路導入口１４Ａは、流路吐出口１３Ａ，１３Ｂを介して流路導入口１４Ｂに連通する。これにより、内部流路の上流側に配置する圧電ポンプ１２Ｂを主体的に駆動させることにより、圧電ポンプ１２Ｂの流路導入口１４Ｂ、流路吐出口１３Ｂ、圧電ポンプ１２Ａの流路吐出口１３Ａを介して流路導入口１４Ａから、圧電ポンプ１２Ａに接続された送液対象に流体を送ることができる。
一方、内部流路の下流側に配置する圧電ポンプ１２Ａを主体的に駆動させることにより、圧電ポンプ１２Ａの流路導入口１４Ａ、流路吐出口１３Ａ、圧電ポンプ１２Ｂの流路吐出口１３Ｂを介して流路導入口１４Ｂから、圧電ポンプ１２Ｂに接続された送液対象に流体を送ることができる。

図９（Ｂ）は、第６の実施形態の別の構成例に係る流体装置７５の模式断面図である。なお、流体装置７５において前述の流体装置５１と同様な構成には同じ符号を付し、その説明を省く。

この流体装置７５は、流体装置５１と同じ構成の圧電ポンプ１２Ａ，１２Ｂ、側面連通カバー５２Ａ，５２Ｂを備えるが、圧電ポンプ１２Ａ，１２Ｂは互いが同方向を向くように平行に並べ、側面連通カバー５２Ａ，５２Ｂは互いの流路口５４Ａ，５４Ｂを連通させている。そのため、圧電ポンプ１２Ｂを主体的に駆動させることにより、圧電ポンプ１２Ｂの流路導入口１４Ｂ、流路吐出口１３Ｂ、側面連通カバー５２Ｂの流路５３Ｂ、流路口５４Ｂ、側面連通カバー５２Ａの流路口５４Ａ、流路５３Ａ、圧電ポンプ１２Ａの流路吐出口１３Ａを介して流路導入口１４Ａから、圧電ポンプ１２Ａに接続された送液対象に流体を送ることができる。
一方、圧電ポンプ１２Ａを主体的に駆動させることにより、圧電ポンプ１２Ａの流路導入口１４Ａ、流路吐出口１３Ａ、側面連通カバー５２Ａの流路５３Ａ、流路口５４Ａ、側面連通カバー５２Ｂの流路口５４Ｂ、流路５３Ｂ、および圧電ポンプ１２Ｂの流路吐出口１３Ｂを介して、流路導入口１４Ｂから、圧電ポンプ１２Ｂに接続された送液対象に流体を送ることができる。

図１０（Ａ）は、本実施形態の流体装置７１と第１の実施形態の流体装置１との性能を比較した実験データを示す図である。図中のグラフはＰ−Ｑ特性を表し、横軸が流量で縦軸が流体圧となっている。実験では、各流体装置１，７１で吐出と吸引とを切り換え、それぞれの流量を変化させた場合の流体圧の変化を測定した。実験によると、いずれの場合にも圧電ポンプ単体を駆動するより低い流体圧となったが、流量と流体圧との間に比例関係が見いだされ、各流体装置１，７１の間でとＰ−Ｑ特性の大きな差はなかった。このことから、いずれのバリエーションも実用可能であることを確認することができた。

図１０（Ｂ）は、直列に接続する圧電ポンプの数による性能の変化を比較した実験データを示す図である。図中のグラフはＰ−Ｑ特性を表し、横軸が流量で縦軸が流体圧となっている。実験では、４つの圧電ポンプを直列に接続した場合（図中の×４）、８つの圧電ポンプを直列に接続した場合（図中の×８）、１２の圧電ポンプを直列に接続した場合（図中の×１２）、１６の圧電ポンプを直列に接続した場合（図中の×１６）、それぞれに対して流量を変化させた場合の流体圧の変化を測定した。なお、いずれの場合も第３の実施形態（図６（Ａ）参照）と同様な接続構成を採用し、図中の×４として圧電ポンプ１２Ａ，１２Ｂに圧電ポンプ４２Ａ，４２Ｂをそれぞれ１つづつ積層した構成（流体装置４１に相当）を採用し、図中の×８として圧電ポンプ１２Ａ，１２Ｂに圧電ポンプ４２Ａ，４２Ｂをそれぞれ３つづつ積層した構成を採用し、図中の×１２として圧電ポンプ１２Ａ，１２Ｂに圧電ポンプ４２Ａ，４２Ｂをそれぞれ５つづつ積層した構成を採用し、図中の×１６として圧電ポンプ１２Ａ，１２Ｂに圧電ポンプ４２Ａ，４２Ｂをそれぞれ７つづつ積層した構成を採用した。実験によると、どのような流量であっても、圧電ポンプの数に流体圧は比例した。このことから、圧電ポンプを直列に接続する数を増やすことによって、流体圧が圧電ポンプの数に比例して大きくなることが確認できた。

以上の各実施形態で示すように本発明は実現できるが、圧電ポンプのほかのデバイスを使用してもよい。その場合にも、一方向に送液または送気を行うデバイス同士を反対方向に接続することで、本発明の作用効果を得ることができる。

なお、以上の説明では流体装置として、送液方向を切り替えることが可能なデバイスの例を示したが、この流体装置は正圧と負圧とを切り替えて発生させることができ、対象物の吸着や離脱を行う用途などに利用することもできる。

また、流体として気体を用いる例を説明したが、その他、液体や気液混合流体など、どのような流体を用いてもよい。

また、図４で説明したようにポンプ部を択一的に動作させる他にも、それぞれのポンプ部の駆動電圧を異ならせるなどして非対称に動作させても、一方のポンプ部を主体的に動作させて流体を送ることが可能になる。このようにして送液量の調整を行うことも可能である。

１，３１，４１，４５，５１，６１，７１，７５…流体装置
２Ａ，２Ｂ…吐出口形成板
３Ａ，３Ｂ…流路板
４Ａ，４Ｂ…ポンプ口形成板
５Ａ，５Ｂ，３５…壁面板
６Ａ，６Ｂ…振動板
１１…筐体
１２Ａ，１２Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ…圧電ポンプ
１３Ａ，１３Ｂ，４３Ａ，４３Ｂ…流路吐出口
１４Ａ，１４Ｂ，４４Ａ，４４Ｂ…流路導入口
１５Ａ，１５Ｂ…溝
１６Ａ，１６Ｂ…ポンプ口
１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ，１８Ｂ，３８…孔
１９，４９Ａ，４９Ｂ，６９…内部空間
２０…ダイアフラム
２２…圧電素子
２３Ａ，２３Ｂ…ポンプ室
２５…制御部
５２Ａ，５２Ｂ…側面連通カバー
５３Ａ，５３Ｂ…流路
５４Ａ，５４Ｂ…流路口
６２Ａ…ノズル
６４…ノズル口

Claims (7)

1. 双方向に通気または通液自在な内部流路を設けた筐体の内部に、所定方向の流れを前記内部流路に発生させる第１のポンプ部と、前記所定方向の流れとは逆向きの流れを前記内部流路に発生させる第２のポンプ部と、を備える流体装置。
2. 前記第１のポンプ部および前記第２のポンプ部は、前記内部流路に連通するポンプ口を設けたポンプ室と、前記内部流路の前記ポンプ口に対向する壁面に設けた流路吐出口と、前記ポンプ室の前記ポンプ口に対向する壁面を構成するダイアフラムと、前記ダイアフラムを屈曲振動させる圧電素子と、を備え、前記ポンプ室の容積変化に基づいて前記内部流路に流れを発生させる圧電ポンプを備える、請求項１に記載の流体装置。
3. 前記第１のポンプ部の流路吐出口と第２のポンプ部の流路吐出口とは、前記内部流路の内側で連通する、請求項２に記載の流体装置。
4. 前記第１のポンプ部の流路吐出口と第２のポンプ部の流路吐出口とは、前記内部流路の両端側となる、請求項２に記載の流体装置。
5. 前記筐体は、前記流路吐出口からの流路を構成するノズルを備える、請求項４に記載の流体装置。
6. 前記第１のポンプ部と前記第２のポンプ部とを択一的に駆動させる制御部を備える、請求項１〜５のいずれかに記載の流体装置。
7. 前記第１のポンプ部および前記第２のポンプ部は、それぞれ、前記圧電ポンプを複数備える、請求項１〜６のいずれかに記載の流体装置。

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