JP6908191B2

JP6908191B2 - ポンプ

Info

Publication number: JP6908191B2
Application number: JP2020521744A
Authority: JP
Inventors: 伸拓田中; 雅章藤崎
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2018-05-31
Filing date: 2019-03-26
Publication date: 2021-07-21
Anticipated expiration: 2039-03-26
Also published as: JPWO2019230159A1; WO2019230159A1; WO2019230160A1; EP3751141A1; CN112219031A; CN117212109A; US11939969B2; EP4234930A3; EP3751141A4; CN112204256A; JPWO2019230160A1; US11795931B2; JP6977885B2; EP4234930A2; JP6912004B2; JP7268714B2; US20230193892A1; US20210010467A1; EP4234930B1; US20210048013A1

Description

本発明は、圧電体を利用したポンプに関する。

従来、圧電体を利用して、流体を搬送するポンプが、特許文献１等に示すように、各種考案されている。

特許文献１に記載のポンプは、ポンプ室の中央に振動板を配置している。また、特許文献１に記載のポンプは、振動板によってポンプ室を分離することで形成される第１ポンプ室（上ポンプ室）と第２ポンプ室（下ポンプ室）とのそれぞれに、吸入口と吐出口とを備える。各吐出口には、逆流を防ぐ逆止弁が設置されており、これらの逆止弁によって整流を実現している。

米国特許出願公開２０１５−００２３８２１号明細書

しかしながら、特許文献１に記載のポンプでは、吐出口が、各ポンプ室の中央に１個ずつ配置され、当該吐出口に逆止弁が配置されているので、流路抵抗が大きくなってしまう。これにより、流量は低くなり、優れたポンプ特性を実現できない。

したがって、本発明の目的は、整流機能を有し、且つ、優れたポンプ特性を有するポンプを提供することにある。

この発明のポンプは、第１平板、第２平板、側壁、第１支持部材、第２支持部材、第１遮蔽板、第１通気孔、第２通気孔、第１弁体、および、第２弁体を備える。第１平板は、互いに対向する一方主面と他方主面とを有する。第２平板は、第１平板の一方主面に対向する一方主面を有する。圧電素子は、第１平板または第２平板に配置されている。側壁は、第１平板および第２平板の外縁よりも外方に配置されている。第１支持部材は、第１平板の外縁と側壁とを、第１平板を振動可能に支持する。第２支持部材は、第２平板の外縁と側壁とを、第２平板を振動可能に支持する。第１遮蔽板は、第１平板と第２平板との間に配置され、第１平板および前記第２平板の外縁において第１平板と第２平板とに対向し、中央に開口を有し、側壁に固定されている。第１通気孔は、第１平板の外縁と側壁との間に形成されている。第２通気孔は、第２平板の外縁と側壁との間に形成されている。第１弁体は、第１平板と第１遮蔽板とが対向する領域に配置されている。第２弁体は、第２平板と第１遮蔽板とが対向する領域に配置されている。第１弁体と第２弁体との一方は、外縁側が可動な状態で中央側が固定され、他方は、中央側が可動な状態で外縁側が固定されている。

この構成では、圧電素子による第１平板の振動、および、第１平板の振動による第２平板の振動によって、第１弁体が中央側と外縁側との間を開放する時に、第２弁体が中央側と外縁側との間を閉鎖する。逆に、第１弁体が中央側と外縁側との間を閉鎖する時に、第２弁体が中央側と外縁側との間を開放する。例えば、第１平板の外縁から流体を吸入する時には、第１弁体が中央側と外縁側との間を開放し、第２弁体が中央側と外縁側との間を閉鎖する。これにより、吸入時の第２平板の外縁からの流体の漏洩が抑制される。一方、第２平板の外縁から流体を吐出する時には、第２弁体が中央側と外縁側との間を開放し、第１弁体が中央側と外縁側との間を閉鎖する。これにより、吐出時の第１平板の外縁への流体の逆流による漏洩が抑制される。

この発明のポンプの第１平板の外縁は、第１支持部材によって振動可能に支持されていることが好ましい。

この構成では、第１平板の振動の減衰が抑制される。

また、この発明のポンプは、次の構成であることが好ましい。第１平板と第１遮蔽板とが対向する領域における第１平板と第１遮蔽板との距離は、第１支持部材と第１遮蔽板との距離よりも小さい。第２平板と第１遮蔽板とが対向する領域における第２平板と第１遮蔽板との距離は、第２支持部材と第１遮蔽板との距離よりも小さい。

この構成では、流路の第１弁体および第２弁体の形成部における高さが、流路の他の部分の高さよりも低いため、第１弁体および第２弁体が流路を塞ぎやすくなり、整流効率が高くなる。

また、この発明のポンプは、次の構成であることが好ましい。ポンプは、第３平板、第３支持部材、第２遮蔽板、第３通気孔、第３弁体、および、第４弁体を備える。第３平板は、第１平板の他方主面側に配置され、該他方主面に対向する一方主面を有する。第３支持部材は、第３平板の外縁と側壁とを、第３平板を振動可能に支持する。第２遮蔽板は、第１平板と第３平板との間に配置され、第１平板および第３平板の外縁において対向し、中央に開口を有し、側壁に固定されている。第３通気孔は、第３平板の外縁と側壁との間に形成されている。第３弁体は、第１平板と第２遮蔽板とが対向する領域に配置されている。第４弁体は、第３平板と第２遮蔽板とが対向する領域に配置されている。第３弁体と第４弁体との一方は、外縁側が可動な状態で中央側が固定され、他方は、中央側が可動な状態で外縁側が固定されている。第１弁体と第３弁体とは、固定部分と可動部分との位置関係が逆である。

この構成では、吸入口と吐出口との間に直列に繋がる弁体による整流部が、増加し、圧力が増加する。

また、この発明のポンプでは、第１平板または第２平板は、両主面に圧電素子が配置されていることが好ましい。

この構成では、振動効率が向上し、圧力、流量が向上する。

また、この発明のポンプでは、第１平板および第２平板は、圧電素子が配置されていることが好ましい。

また、この発明のポンプでは、第１平板、第２平板、および、第３平板の全てに圧電素子が配置されていることが好ましい。

この構成では、振動効率がさらに向上し、圧力、流量がさらに向上する。

また、この発明のポンプは、第４平板と、第４支持部材と、第３遮蔽版と、第４通気孔と、第５弁体と、第６弁体を備えていることが好ましい。第４平板は、第２平板の他方主面側に配置され、該他方主面に対向する一方主面を有する。第４支持部材は、第４平板の外縁と側壁とを支持する。第３遮蔽板は、第２平板と第４平板との間に配置され、第２平板および第４平板の外縁において対向し、さらに中央に開口を有し、側壁に固定されている。第４通気孔は、第４平板の外縁と側壁との間に形成されている。第５弁体は、第２平板と第３遮蔽板とが対向する領域に配置されている。第６弁体は、第４平板と第３遮蔽板とが対向する領域に配置されている。

第５弁体と第６弁体との一方は、外縁側が可動な状態で中央側が固定され、他方は、中央側が可動な状態で外縁側が固定されている。第２弁体と第５弁体とは、固定部分と可動部分との位置関係が逆である。

この構成では、ポンプとしての圧力および流量が向上する。

また、この発明のポンプでは、第４平板の外縁が、第４支持部材によって振動可能に支持されていることが好ましい。

この構成では、第４平板の振動の減衰が抑制される。

また、この発明のポンプでは、次の構成であることが好ましい。第１支持部材および第２支持部材は、それぞれが屈曲部を有する複数の帯状部材からなる。第１通気孔は、第１支持部材における複数の帯状部材の隙間によって形成されている。第２通気孔は、第２支持部材における複数の帯状部材の隙間によって形成されている。

この構成では、平板の振動の閉じ込め効果が向上し、平板の振動の変位が増大する。これにより、ポンプ性能が向上する。

また、この発明のポンプでは、第１支持部材は、第１平板より薄いことが好ましい。

この構成では、第１支持部材に起因する第１平板の振動の減衰が抑制される。

また、この発明のポンプでは、第１支持部材は、第１平板よりヤング率の低い材料で構成されていることが好ましい。

この発明によれば、優れたポンプ特性を実現できる。

図１は本発明の第１の実施形態に係るポンプ１０の構成を示す断面図である。図２（Ａ）は、吸入時のポンプ１０の挙動を示す断面図であり、図２（Ｂ）は、吐出時のポンプ１０の挙動を示す断面図である。図３は本発明の第２の実施形態に係るポンプ１０Ａの構成を示す断面図である。図４（Ａ）は、第２の実施形態に係るポンプ１０Ａにおける吸入時の挙動を示す断面図であり、図４（Ｂ）は、ポンプ１０Ａにおける吐出時の挙動を示す断面図である。図５は本発明の第３の実施形態に係るポンプ１０Ｂの構成を示す断面図である。図６は本発明の第４の実施形態に係るポンプ１０Ｃの構成を示す断面図である。図７は本発明の第５の実施形態に係るポンプ１０Ｄの構成を示す断面図である。図８は本発明の第６の実施形態に係るポンプ１０Ｅの構成を示す断面図である。図９は本発明の第７の実施形態に係るポンプ１０Ｆの構成を示す断面図である。図１０は本発明の第８の実施形態に係るポンプ１０Ｇの構成を示す断面図である。図１１は、本発明の第３の実施形態の変形例に係るポンプ１０Ｈの構成を示す断面図である。図１２は、本発明の第１の実施形態の変形例に係るポンプ１０Ｉの構成を示す断面図である。

本発明の第１の実施形態に係るポンプについて、図を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るポンプ１０の構成を示す断面図である。なお、以下の各実施形態に示す各図においては、説明を分かり易くするために、それぞれの構成要素の形状を部分的または全体として誇張して記載している。

図１に示すように、ポンプ１０は、平板２０、圧電素子２１、支持部材２２、通気孔２３、平板３０、支持部材３２、通気孔３３、側壁４０、遮蔽板５００、フィルム弁６１、フィルム弁６２、接合部材７１、および、接合部材７２を備える。平板２０が、本発明の「第１平板」に対応し、平板３０が、本発明の「第２平板」に対応する。支持部材２２が、本発明の「第１支持部材」に対応し、支持部材３２が、本発明の「第２支持部材」に対応する。通気孔２３が、本発明の「第１通気孔」に対応し、通気孔３３が、本発明の「第２通気孔」に対応する。フィルム弁６１が、本発明の「第１弁体」に対応し、フィルム弁６２が、本発明の「第２弁体」に対応する。遮蔽板５００が、本発明の「第１遮蔽板」に対応する。

平板２０は、互いに対向する一方主面と他方主面とを有する円板である。平板２０は、ベンディング振動可能な材料および寸法で形成されている。ベンディング振動とは、板状部材面に直交する方向を振動方向とする振動である。また、平板２０は、所定の共振周波数で振動する材料および寸法で形成されている。

平板２０の外縁には、平板２０の外縁から離間して、筒状の側壁部材４０２が配置されている。平板２０の外縁と側壁部材４０２との間には、支持部材２２が配置されている。

支持部材２２は、平板２０の外縁の全周に亘って配置されている。支持部材２２は、平板２０の外縁と側壁部材４０２とに接続している。平板２０、支持部材２２、および、側壁部材４０２は、一体形成されていることが好ましい。

支持部材２２は、それぞれが屈曲部を有する複数の帯状部材からなる。複数の帯状部材は、離間している領域を有し、当該離間した領域が通気孔２３となる。

平板３０は、平板２０の一方主面側に配置されており、平板２０から離間している。平板３０は、平板２０の一方主面に対向する一方主面を有する。平板３０は、円板であり、平板２０と略同じ面積を有する。平板３０も、ベンディング振動可能な材料および寸法で形成されている。平板３０は、平板２０と同じ共振周波数で振動する材料および寸法で形成されている。

平板３０は、外縁領域に厚部３０１を有する。厚部３０１は円環状である。

平板３０の外縁には、平板３０の外縁から離間して、筒状の側壁部材４０３が配置されている。平板３０の外縁と側壁部材４０３との間には、支持部材３２が配置されている。

支持部材３２は、平板３０の外縁の全周に亘って配置されている。支持部材３２は、平板３０の外縁と側壁部材４０３とに接続している。平板３０、支持部材３２、および、側壁部材４０３は、一体形成されていることが好ましい。

支持部材３２は、それぞれが屈曲部を有する複数の帯状部材からなる。複数の帯状部材は、離間している領域を有し、当該離間した領域が通気孔３３となる。

圧電素子２１は、平板２０の他方主面に配置されている。

遮蔽板５００は、円環形である。言い換えれば、遮蔽板５００は、中央に開口を有する円板である。遮蔽板５００は、殆どベンディング振動をしない、もしくは、ベンディング振動しない剛性の高い材料からなる。

遮蔽板５００は、平板２０と平板３０との間に配置されている。遮蔽板５００の内縁側の領域は、平板２０および平板３０に対向している。遮蔽板５００の内側の領域には、厚部５１を有する。厚部５１は円環状であり、平板２０および平板３０に対向する領域と略重なる。

遮蔽板５００の外縁は、筒状の側壁部材４０１に接続している。この際、遮蔽板５００は、上述のベンディング振動の発生を抑制できるように、高い剛性で固定されている。

側壁部材４０１の底面は、側壁部材４０２の天面に当接して接合している。側壁部材４０１の天面は、側壁部材４０３の底面に当接して接合している。側壁４０は、側壁部材４０１、側壁部材４０２、および、側壁部材４０３によって形成されている。

フィルム弁６１、フィルム弁６２は、可撓性を有する材料からなる。フィルム弁６１、フィルム弁６２は、軽量で低剛性の材料によって実現される。例えば、フィルム弁６１、フィルム弁６２は、ポリイミド、液晶ポリマー、ＰＥＴなどの樹脂フィルムや金属箔等によって実現される。なお、フィルム弁６１、フィルム弁６２は、樹脂フィルムであるとよりよい。フィルム弁６１、フィルム弁６２は、円環形状である。

フィルム弁６１は、平板２０と遮蔽板５００とが重なる領域に配置されている。フィルム弁６１は、円環形状の接合部材７１を用いて、平板２０の一方主面（圧電素子２１が配置される面と反対側の面）に接合されている。より具体的には、フィルム弁６１における円環形の外端側の所定幅の部分は、接合部材７１によって平板２０に接合されており、内端側の領域は接合されていない。これにより、フィルム弁６１は、内端側の所定面積の領域が振動可能な状態で、平板２０に接合されている。

フィルム弁６１の径方向の長さは、接合部材７１に接合する領域を除いて、平板２０と遮蔽板５００との間隔（第１整流機能部の高さ）よりも長いことが好ましい。

フィルム弁６２は、平板３０と遮蔽板５００とが重なる領域に配置されている。フィルム弁６２は、円環形状の接合部材７２を用いて、遮蔽板５００における平板３０に対向する面に接合されている。より具体的には、フィルム弁６２における円環形の内端側の所定幅の部分は、接合部材７２によって遮蔽板５００に接合されており、外端側の領域は接合されていない。これにより、フィルム弁６２は、外端側の所定面積の領域が振動可能な状態で、遮蔽板５００に接合されている。

フィルム弁６２の径方向の長さは、接合部材７２に接合する領域を除いて、平板３０と遮蔽板５００との間隔（第２整流機能部の高さ）よりも長いことが好ましい。

このような構成によって、ポンプ１０は、平板２０、平板３０、および、側壁４０によって囲まれるポンプ室１０１を有する。さらに、ポンプ室１０１は、中央領域、第１外縁領域、第２外縁領域からなる。

一例として、平板２０は厚み０．６ｍｍ、直径φ１４ｍｍである。圧電素子２１は厚み０．１５ｍｍ、直径１０．６ｍｍである。フィルム弁６１、６２の、接合された領域と振動可能な領域の境界部は、ポンプ室１０１の中心から６．５ｍｍの位置に設けることができる。この時、平板２０は２９．４ｋＨｚの周波数で振動する。

中央領域は、平板２０、平板３０、遮蔽板５００、フィルム弁６１、および、フィルム弁６２によって囲まれる領域である。第１外縁領域は、フィルム弁６１、支持部材２２、側壁４０、遮蔽板５００によって囲まれ、フィルム弁６１よりも外方の領域である。第２外縁領域は、フィルム弁６２、支持部材３２、側壁４０、遮蔽板５００によって囲まれ、フィルム弁６２よりも外方の領域である。

言い換えれば、中央領域と第１外縁領域とは、フィルム弁６１を有する第１整流機能部を挟んで連通しており、中央領域と第２外縁領域とは、フィルム弁６２を有する第２整流機能部を挟んで連通している。

第１外縁領域は、通気孔２３によって、ポンプ１０における平板２０側の外部に連通している。第２外縁領域は、通気孔３３によって、ポンプ１０における平板３０側の外部に連通している。

このような構成において、ポンプ１０は、次に示すように動作する。図２（Ａ）は、第１の実施形態に係るポンプ１０における吸入時の挙動を示す断面図であり、図２（Ｂ）は、ポンプ１０における吐出時の挙動を示す断面図である。

（吸入時）
平板２０および平板３０が振動し、図２（Ａ）に示すように、通気孔２３から流体を吸入する時、フィルム弁６１の中央領域側の圧力は、フィルム弁６１の第１外縁領域側の圧力よりも低くなる。言い換えれば、フィルム弁６１の第１外縁領域側の圧力は、フィルム弁６１の中央領域側の圧力よりも高くなる。

これにより、フィルム弁６１の内端は、平板２０側に湾曲し、例えば、平板２０の一方主面に当接する。この結果、第１外縁領域と中央領域との間が開放される。したがって、フィルム弁６１を有する第１整流機能部の流路抵抗は低くなり、通気孔２３から第１外縁領域に吸入された流体は、第１外縁領域から中央領域に、スムーズに流れ込む。

一方、図２（Ａ）に示すように、通気孔２３から流体を吸入する時、フィルム弁６２の中央領域側の圧力は、フィルム弁６２の第２外縁領域側の圧力よりも高くなる。言い換えれば、フィルム弁６２の第２外縁領域側の圧力は、フィルム弁６２の中央領域側の圧力よりも低くなる。

これにより、フィルム弁６２の外端は、平板３０側に湾曲し、例えば、平板３０の一方主面に当接する。この結果、第２外縁領域と中央領域との間が閉鎖される。したがって、フィルム弁６２を有する第２整流機能部の流路抵抗は大幅に高くなり、流体が第２外縁領域から中央領域に逆流することが抑制される。

（吐出時）
平板２０および平板３０が振動し、図２（Ｂ）に示すように、通気孔３３から流体を吐出する時、フィルム弁６２の中央領域側の圧力は、フィルム弁６２の第２外縁領域側の圧力よりも高くなる。言い換えれば、フィルム弁６２の第２外縁領域側の圧力は、フィルム弁６２の中央領域側の圧力よりも低くなる。

これにより、フィルム弁６２の外端は、遮蔽板５００側に湾曲し、例えば、遮蔽板５００の主面に当接する。この結果、第２外縁領域と中央領域との間が開放（連通）される。したがって、フィルム弁６２を有する第２整流機能部の流路抵抗は低くなり、流体は、中央領域から第２外縁領域に流れ、通気孔３３から外部へ吐出される。

一方、図２（Ｂ）に示すように、通気孔３３から流体を吐出する時、フィルム弁６１の中央領域側の圧力は、フィルム弁６１の第１外縁領域側の圧力よりも高くなる。言い換えれば、フィルム弁６１の第１外縁領域側の圧力は、フィルム弁６１の中央領域側の圧力よりも低くなる。

これにより、フィルム弁６１の内端は、遮蔽板５００側に湾曲し、例えば、遮蔽板５００の主面に当接する。この結果、第１外縁領域と中央領域との間が閉鎖される。したがって、フィルム弁６１を有する第１整流機能部の流路抵抗は大幅に高くなり、流体が中央領域から第１外縁領域に逆流することが抑制される。

このような構成によって、流体の吸入時および流体の吐出時の逆流が抑制される。これにより、整流効率が向上し、流量および圧力が向上する。すなわち、ポンプ１０のポンプ特性は向上する。

さらに、本実施形態では、遮蔽板５００が厚部５１を有することによって、フィルム弁６１を有する第１整流機能部の高さ（平板２０と遮蔽板５００との距離）が、第１外縁領域等の他の部分の高さよりも低い。これにより、第１整流機能部が閉鎖する時に、フィルム弁６１が遮蔽板５００に当接し易い。また、平板３０が厚部３０１を有することによって、フィルム弁６２を有する第２整流機能部の高さ（平板３０と遮蔽板５００との距離）が、第２外縁領域等の他の部分の高さよりも低い。これにより、第２整流機能部が閉鎖する時に、フィルム弁６２が平板３０に当接し易い。したがって、整流効率が更に向上し、ポンプ１０のポンプ特性は更に向上する。

なお、本実施形態では、フィルム弁６１を平板２０に接合する態様を示したが、遮蔽板５００における平板２０に対向する面に接合してもよい。また、フィルム弁６２を遮蔽板５００に接合する態様を示したが、平板３０における遮蔽板５００に対向する面に接合してもよい。

次に、本発明の第２の実施形態に係るポンプについて、図を参照して説明する。図３は、本発明の第２の実施形態に係るポンプ１０Ａの構成を示す断面図である。図４（Ａ）は、第２の実施形態に係るポンプ１０Ａにおける吸入時の挙動を示す断面図であり、図４（Ｂ）は、ポンプ１０Ａにおける吐出時の挙動を示す断面図である。

図３に示すように、第２の実施形態に係るポンプ１０Ａは、第１の実施形態に係るポンプ１０に対して、フィルム弁６１、フィルム弁６２の接合の向きが逆である点で異なる。ポンプ１０Ａの他の構成は、ポンプ１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

フィルム弁６１における内端側の所定幅の部分は、接合部材７１によって平板２０に接合されており、外端側の領域は接合されていない。これにより、フィルム弁６１は、外端側の所定面積の領域が振動可能な状態で、平板２０に接合されている。

フィルム弁６２における外端側の所定幅の部分は、接合部材７２によって遮蔽板５００に接合されており、内端側の領域は接合されていない。これにより、フィルム弁６２は、内端側の所定面積の領域が振動可能な状態で、遮蔽板５００に接合されている。

このような構成において、ポンプ１０Ａは、次に示すように動作する。

（吸入時）
図４（Ａ）に示すように、平板２０および平板３０が振動し、通気孔３３から流体を吸入する時、フィルム弁６２の中央領域側の圧力は、フィルム弁６２の第２外縁領域側の圧力よりも低くなる。言い換えれば、フィルム弁６２の第２外縁領域側の圧力は、フィルム弁６２の中央領域側の圧力よりも高くなる。

これにより、フィルム弁６２の内端は、遮蔽板５００側に湾曲し、例えば、遮蔽板５００の主面に当接する。この結果、第２外縁領域と中央領域との間が開放（連通）される。したがって、フィルム弁６２を有する第２整流機能部の流路抵抗は低くなり、通気孔３３から第２外縁領域に吸入された流体は、第２外縁領域から中央領域に、スムーズに流れ込む。

一方、図４（Ａ）に示すように、通気孔３３から流体を吸入する時、フィルム弁６１の中央領域側の圧力は、フィルム弁６１の第１外縁領域側の圧力よりも低くなる。言い換えれば、フィルム弁６１の第１外縁領域側の圧力は、フィルム弁６１の中央領域側の圧力よりも高くなる。

これにより、フィルム弁６１の外端は、遮蔽板５００側に湾曲し、例えば、遮蔽板５００の主面に当接する。この結果、第１外縁領域と中央領域との間が閉鎖される。したがって、フィルム弁６１を有する第１整流機能部の流路抵抗は大幅に高くなり、流体が第１外縁領域から中央領域に逆流することが抑制される。

（吐出時）
図４（Ｂ）に示すように、平板２０および平板３０が振動し、通気孔２３から流体を吐出する時、フィルム弁６１の中央領域側の圧力は、フィルム弁６１の第１外縁領域側の圧力よりも高くなる。言い換えれば、フィルム弁６１の第１外縁領域側の圧力は、フィルム弁６１の中央領域側の圧力よりも低くなる。

これにより、フィルム弁６１の外端は、平板２０側に湾曲し、例えば、平板２０の一方主面に当接する。この結果、第１外縁領域と中央領域との間が開放される。したがって、フィルム弁６１を有する第１整流機能部の流路抵抗は低くなり、流体は、中央領域から第１外縁領域に流れ、通気孔２３から外部へ吐出される。

一方、図４（Ｂ）に示すように、通気孔２３から流体を吐出する時、フィルム弁６２の中央領域側の圧力は、フィルム弁６２の第２外縁領域側の圧力よりも高くなる。言い換えれば、フィルム弁６２の第２外縁領域側の圧力は、フィルム弁６２の中央領域側の圧力よりも低くなる。

これにより、フィルム弁６２の内端は、平板３０側に湾曲し、例えば、平板３０の一方主面に当接する。この結果、第２外縁領域と中央領域との間が閉鎖される。したがって、フィルム弁６２を有する第２整流機能部の流路抵抗は大幅に高くなり、流体が中央領域から第２外縁領域に逆流することが抑制される。

次に、本発明の第３の実施形態に係るポンプについて、図を参照して説明する。図５は、本発明の第３の実施形態に係るポンプ１０Ｂの構成を示す断面図である。

図５に示すように、第３の実施形態に係るポンプ１０Ｂは、第２の実施形態に係るポンプ１０Ａに対して、ポンプ室を二段にした点で異なる。ポンプ１０Ｂの構造の一部は、ポンプ１０Ａと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。なお、ポンプ１０Ｂの遮蔽板５０１は、ポンプ１０Ａの遮蔽板５００と同様である。また、支持部材３２１は、支持部材３２と同様であり、通気孔３３１は、通気孔３３と同様である。

ポンプ１０Ｂは、平板５０、フィルム弁６３、フィルム弁６４、接合部材７３、接合部材７４、圧電素子２１１、圧電素子２１２、支持部材３２２、通気孔３３２、側壁部材４０５、側壁部材４０６、および、遮蔽板５０２を備える。平板５０が、本発明の「第３平板」に対応し、遮蔽板５０２が、本発明の「第２遮蔽板」に対応する。フィルム弁６３が、本発明の「第３弁体」に対応し、フィルム弁６４が、本発明の「第４弁体」に対応する。支持部材３２２が、本発明の「第３支持部材」に対応する。通気孔３３２が、本発明の「第３通気孔」に対応する。

平板２０は、外縁領域に厚部２０１を有する。厚部２０１は円環状である。

圧電素子２１１および圧電素子２１２は、圧電素子２１と同様である。圧電素子２１１は、平板２０の他方主面に配置されており、圧電素子２１２は、平板２０の一方主面に配置されている。すなわち、平板２０は、両主面に圧電素子が配置されている。圧電素子２１１および圧電素子２１２は、平板２０における中央の薄厚部に配置されている。圧電素子２１１と圧電素子２１２とは、逆相で駆動されている。

平板５０は、平板２０の他方主面側に配置されており、平板２０から離間している。平板５０は、平板２０の他方主面に対向する一方主面を有する。平板５０は、円板であり、平板２０と略同じ面積を有する。平板５０も、ベンディング振動可能な材料および寸法で形成されている。平板５０は、平板２０と同じ共振周波数で振動する材料および寸法で形成されている。

平板５０は、外縁領域に厚部５１１を有する。厚部５１１は円環状である。

平板５０の外縁には、平板５０の外縁から離間して、筒状の側壁部材４０６が配置されている。平板５０の外縁と側壁部材４０６との間には、支持部材３２２が配置されている。

支持部材３２２は、平板５０の外縁の全周に亘って配置されている。支持部材３２２は、平板５０の外縁と側壁部材４０６とに接続している。平板５０、支持部材３２２、および、側壁部材４０６は、一体形成されていることが好ましい。

支持部材３２２は、それぞれが屈曲部を有する複数の帯状部材からなる。複数の帯状部材は、離間している領域を有し、当該離間して領域が通気孔３３２となる。

遮蔽板５０２は、円環形である。言い換えれば、遮蔽板５０２は、中央に開口を有する円板である。遮蔽板５０２は、殆どベンディング振動をしない、もしくは、ベンディング振動しない剛性の高い材料からなる。

遮蔽板５０２は、平板２０と平板５０との間に配置されている。遮蔽板５０２の内縁側の領域は、平板２０および平板５０に対向している。

遮蔽板５０２の外縁は、筒状の側壁部材４０５に接続している。この際、遮蔽板５０２は、上述のベンディング振動の発生を抑制できるように、高い剛性で固定されている。

側壁部材４０５の底面は、側壁部材４０６の天面に当接して接合しており、側壁部材４０５の天面は、側壁部材４０２の底面に当接して接合している。これら側壁部材４０１、側壁部材４０２、側壁部材４０３、側壁部材４０５、および、側壁部材４０６によって、側壁４０Ｂが形成されている。

フィルム弁６３、フィルム弁６４は、フィルム弁６１、フィルム弁６２と同様である。

フィルム弁６３は、平板２０の厚部２０１と遮蔽板５０２とが重なる領域に配置されている。フィルム弁６３は、円環形状の接合部材７３を用いて、遮蔽板５０２の一方主面に接合されている。より具体的には、フィルム弁６３における円環形の外端側の所定幅の部分は、接合部材７３によって遮蔽板５０２に接合されており、内端側の領域は接合されていない。これにより、フィルム弁６３は、内端側の所定面積の領域が振動可能な状態で、遮蔽板５０２に接合されている。このように、フィルム弁６３の接合の向き（固定の向き）は、フィルム弁６１と逆である。

フィルム弁６３の径方向の長さは、接合部材７３に接合する領域を除いて、平板２０の厚部２０１と遮蔽板５０２との間隔（第３整流機能部の高さ）よりも長いことが好ましい。

フィルム弁６４は、平板５０の厚部５１１と遮蔽板５０２とが重なる領域に配置されている。フィルム弁６４は、円環形状の接合部材７４を用いて、平板５０の一方主面に接合されている。より具体的には、フィルム弁６４における円環形の内端側の所定幅の部分は、接合部材７４によって平板５０に接合されており、外端側の領域は接合されていない。これにより、フィルム弁６４は、外端側の所定面積の領域が振動可能な状態で、平板５０に接合されている。

フィルム弁６４の径方向の長さは、接合部材７４に接合する領域を除いて、平板５０の厚部５１１と遮蔽板５０２との間隔（第４整流機能部の高さ）よりも長いことが好ましい。

このような構成によって、ポンプ１０Ｂは、ポンプ１０Ａのポンプ室１０１とともに、平板２０、平板５０、および、側壁４０Ｂによって囲まれるポンプ室１０２を有する。さらに、ポンプ室１０２は、中央領域、第３外縁領域、第４外縁領域からなる。

中央領域は、平板２０、平板５０、遮蔽板５０２、フィルム弁６３、および、フィルム弁６４によって囲まれる領域である。第３外縁領域は、フィルム弁６３、支持部材２２、側壁４０Ｂ、遮蔽板５０２によって囲まれ、フィルム弁６３よりも外方の領域である。第４外縁領域は、フィルム弁６４、支持部材３２２、側壁４０Ｂ、遮蔽板５０２によって囲まれ、フィルム弁６４よりも外方の領域である。

言い換えれば、中央領域と第３外縁領域とは、フィルム弁６３を有する第３整流機能部を挟んで連通しており、中央領域と第４外縁領域とは、フィルム弁６４を有する第４整流機能部を挟んで連通している。

第３外縁領域は、通気孔２３によって、第１外縁領域に連通している。第４外縁領域は、通気孔３３２によって、ポンプ１０Ｂにおける平板５０側の外部に連通している。

このような構成によって、ポンプ１０Ｂは、ポンプ１０Ａの構成を直列に接続した構造となる。これにより、圧力および流量が向上し、ポンプ１０Ｂは、更に優れたポンプ特性を実現できる。

さらに、ポンプ１０Ｂは、平板２０をバイモルフで駆動している。したがって、ポンプ１０Ｂは、駆動効率が向上し、更に優れたポンプ特性を実現できる。

なお、ポンプ１０Ｂは、圧電素子によって振動させられる平板が１個である。これにより、複数の平板に圧電素子を配置する際の振動の周波数ズレが生じない。したがって、ポンプ１０Ｂは、安定した振動を容易に実現できる。

また、本実施形態のポンプ１０Ｂでは、二段の直列構成からなる態様を示したが、三段以上の直列構成にしてもよい。

次に、本発明の第４の実施形態に係るポンプについて、図を参照して説明する。図６は、本発明の第４の実施形態に係るポンプ１０Ｃの構成を示す断面図である。

図６に示すように、第４の実施形態に係るポンプ１０Ｃは、第３の実施形態に係るポンプ１０Ｂに対して、圧電素子２１１、および、圧電素子２１２に代えて、圧電素子２１３、および、圧電素子２１４を配置する点で異なる。ポンプ１０Ｃの他の構成は、ポンプ１０Ｂと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。なお、側壁４０Ｃは、側壁４０Ｂと同様である。

圧電素子２１３、および、圧電素子２１４は、圧電素子２１１、および、圧電素子２１２と同様の構成である。圧電素子２１３は、平板３０の他方主面に配置されている。圧電素子２１４は、平板５０の他方主面に配置されている。すなわち、図６の構成においては、平板３０が「第１平板」となり、平板２０が「第２平板」となり、平板５０が「第４平板」となる。そして、フィルム弁６１およびフィルム弁６２が、「第１弁体」および「第２弁体」となり、フィルム弁６３およびフィルム弁６４が「第５弁体」および「第６弁体」となる。

このような構成により、ポンプ１０Ｃは、ポンプ１０Ｂと同様のポンプ特性を実現できる。

次に、本発明の第５の実施形態に係るポンプについて、図を参照して説明する。図７は、本発明の第５の実施形態に係るポンプ１０Ｄの構成を示す断面図である。

図７に示すように、第５の実施形態に係るポンプ１０Ｄは、第１の実施形態に係るポンプ１０に対して、圧電素子２１２を追加した点で異なる。ポンプ１０Ｄの他の構成は、ポンプ１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。なお、ポンプ１０Ｄの圧電素子２１１は、ポンプ１０の圧電素子２１と同様である。

圧電素子２１１は、平板２０の他方主面に配置されている。圧電素子２１２は、平板２０の一方主面に配置されている。圧電素子２１１と圧電素子２１２とは逆相で駆動されている。すなわち、平板２０は、バイモルフ駆動されている。

このような構成により、ポンプ１０Ｄは、ポンプ１０と同様のポンプ特性を実現できる。さらに、平板２０がバイモルフ駆動されていることによって、駆動効率が向上し、ポンプ１０Ｄは、更に優れたポンプ特性を実現できる。

次に、本発明の第６の実施形態に係るポンプについて、図を参照して説明する。図８は、本発明の第６の実施形態に係るポンプ１０Ｅの構成を示す断面図である。

図８に示すように、第６の実施形態に係るポンプ１０Ｅは、第１の実施形態に係るポンプ１０に対して、圧電素子２１３を追加した点で異なる。ポンプ１０Ｅの他の構成は、ポンプ１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

圧電素子２１３は、平板３０の他方主面に配置されている。圧電素子２１と圧電素子２１３とは同相で駆動されている。すなわち、ポンプ１０Ｅは、圧電素子によって強制的に駆動される能動的な振動板を２個有する。

このような構成により、ポンプ１０Ｅは、ポンプ１０と同様のポンプ特性を実現できる。さらに、ポンプ１０Ｅは、振動板を２個備えることによって、ポンプ室１０１の変位を大きくできる。これにより、ポンプ１０Ｅは、流量、圧力をさらに向上できる。

次に、本発明の第７の実施形態に係るポンプについて、図を参照して説明する。図９は、本発明の第７の実施形態に係るポンプ１０Ｆの構成を示す断面図である。

図９に示すように、第７の実施形態に係るポンプ１０Ｆは、第６の実施形態に係るポンプ１０Ｅに対して、圧電素子２１２および圧電素子２１４を追加した点で異なる。ポンプ１０Ｆの他の構成は、ポンプ１０Ｅと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。なお、圧電素子２１１は、圧電素子２１と同様である。言い換えれば、ポンプ１０Ｆは、ポンプ１０Ｄの構成とポンプ１０Ｅの構成とを組み合わせた構成を備える。

圧電素子２１２は、平板２０の一方主面に配置されている。圧電素子２１４は、平板３０の一方主面に配置されている。

このような構成により、ポンプ１０Ｆは、ポンプ１０Ｅと同様のポンプ特性を実現できる。さらに、ポンプ１０Ｆは、２個の振動板がバイモルフ駆動されていることによって、駆動効率が向上し、ポンプ特性が向上する。

次に、本発明の第８の実施形態に係るポンプについて、図を参照して説明する。図１０は、本発明の第８の実施形態に係るポンプ１０Ｇの構成を示す断面図である。

図１０に示すように、第８の実施形態に係るポンプ１０Ｇは、第３の実施形態に係るポンプ１０Ｂに対して、圧電素子２１３、圧電素子２１４、圧電素子２１５、圧電素子２１６を追加した点で異なる。ポンプ１０Ｇの他の構成は、ポンプ１０Ｂと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。なお、側壁４０Ｇは、側壁４０Ｂと同様である。

圧電素子２１３は、平板３０の他方主面に配置されている。圧電素子２１４は、平板３０の一方主面に配置されている。

圧電素子２１５は、平板５０の他方主面に配置されており、圧電素子２１６は、平板５０の一方主面に配置されている。

このような構成により、ポンプ１０Ｇは、ポンプ１０Ｂと同様のポンプ特性を実現できる。さらに、ポンプ１０Ｇでは、全ての平板に圧電素子が配置され、全ての平板がバイモルフ駆動されている。これにより、ポンプ１０Ｇは、変位が大きく、且つ、駆動効率が向上し、ポンプ特性は更に向上する。

図１１は、本発明の第３の実施形態の変形例に係るポンプ１０Ｈの構成を示す断面図である。第３の実施形態にかかるポンプ１０Ｂに対し、フィルム弁６３，６４構造、接合部材７３，７４の構造、側壁部材４０５に通気孔４５０を有する点で異なる。ポンプ１０Ｈの他の構成は、ポンプ１０Ｂと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

図１１に示すように、フィルム弁６３，６４は、図５のポンプ１０Ｂと比較して、可動部の位置が内外逆に配置されている。このことによって、接合部材７３，７４についても図５のポンプ１０Ｂと比較して内外逆に配置されている。

また、側壁部材４０５には、外部と連通する通気孔４５０を備える。

上述の構成を用いることで、ポンプ１０Ｈは、ポンプ１０Ａを並列に接続した構造となる。このことによって、ポンプ１０Ｈは、圧力、および流量が向上する。すなわち、更に優れたポンプ特性を実現できる。また、ポンプ１０Ｂと比べると、圧力は低下する。しかしながら流量が向上する。

通気孔４５０は、側壁部材４０５ではなく、側壁部材４０２、側壁部材４０６のいずれかに形成されていてもよい。また通気孔４５０が側壁部材４０２，４０５，４０６の複数の部材に形成されていてもよい。特に、通気孔４５０が厚部２０１と同一平面上に形成されている場合は、ポンプ１０Ｈは、厚部２０１において上下の対称性が良い。このことから、気流の乱れが減少するため、エネルギー損失が低減する。

なお、全てのフィルム弁が内外逆になっていてもよい。その場合は、逆方向の気流を生成することができる。

図１２は、本発明の第１の実施形態の変形例に係るポンプ１０Ｉの構成を示す断面図である。第１の実施形態にかかるポンプ１０に対し、コーティング剤６００が塗布されている点で異なる。ポンプ１０Ｉの他の構成は、ポンプ１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

図１２に示すように、コーティング剤６００は、平板２０，３０、および遮蔽板５００の、フィルム弁６１，６２の可動域と対抗する領域に塗布されている。

このように構成にすることで、フィルム弁６１，６２が平板２０，３０、および遮蔽板５００と接触することによる損傷を抑えられる。

なお、コーティング剤の主成分は、シリコーンゴム、ＰＴＦＥのように、平板２０，３０、および遮蔽板５００よりヤング率の低い樹脂であれば良い。これらのコーティング剤は、ヤング率が低いため、フィルム弁接触時の衝撃を緩和し、フィルム弁の損傷を抑制することができる。

なお、コーティング剤６００は、フッ素もしくは２硫化モリブデンを主成分とするものがさらに好ましい。これらのコーティング剤の表面は、潤滑性を有するため、フィルム弁６１，６２が平板２０，３０、および遮蔽板５００との摩擦による損傷も抑制できる。

なお、コーティング剤６００は、平板２０，３０、及び遮蔽板５００の全てに塗布されていなくてもよい。一部の部材に塗布されているだけでも同様の効果が得られる。

なお、上述の各実施形態の構成は、適宜組合せが可能であり、それぞれの組合せに応じた作用効果を奏することができる。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ、１０Ｇ：ポンプ
２０、３０、５０：平板
２１、２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６：圧電素子
２２、３２、３２１、３２２：支持部材
２３、３３、３３１、３３２：通気孔
４０、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｇ：側壁
５１、２０１、３０１、５１１：厚部
６１、６２、６３、６４：フィルム弁
７１、７２、７３、７４：接合部材
１０１、１０２：ポンプ室
４０１、４０２、４０３、４０５、４０６：側壁部材
４５０：通気孔
５００、５０１、５０２：遮蔽板

Claims

互いに対向する一方主面と他方主面とを有する第１平板と、
前記第１平板の一方主面に対向する一方主面を有する第２平板と、
前記第１平板に配置された圧電素子と、
前記第１平板および前記第２平板の外縁よりも外方に配置された側壁と、
前記第１平板の外縁と前記側壁とを支持する第１支持部材と、
前記第２平板の外縁と前記側壁とを支持する第２支持部材と、
前記第１平板と前記第２平板との間に配置され、前記第１平板および前記第２平板の外縁において前記第１平板と前記第２平板とに対向し、中央に開口を有し、前記側壁に固定された第１遮蔽板と、
前記第１平板の外縁と前記側壁との間に形成された第１通気孔と、
前記第２平板の外縁と前記側壁との間に形成された第２通気孔と、
前記第１平板と前記第１遮蔽板とが対向する領域に配置された第１弁体と、
前記第２平板と前記第１遮蔽板とが対向する領域に配置された第２弁体と、
を備え、
前記第１弁体と前記第２弁体との一方は、外縁側が可動な状態で中央側が固定され、他方は、中央側が可動な状態で外縁側が固定されている、
ポンプ。
前記第１平板の外縁は、前記第１支持部材によって振動可能に支持されている、
請求項１に記載のポンプ。
前記第１平板と前記第１遮蔽板とが対向する領域における前記第１平板と前記第１遮蔽板との距離は、前記第１支持部材と前記第１遮蔽板との距離よりも小さい、
請求項１または請求項２に記載のポンプ。
前記第２平板と前記第１遮蔽板とが対向する領域における前記第２平板と前記第１遮蔽板との距離は、前記第２支持部材と前記第１遮蔽板との距離よりも小さい、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のポンプ。
前記第１平板の他方主面側に配置され、該他方主面に対向する一方主面を有する第３平板と、
前記第３平板の外縁と前記側壁とを支持する第３支持部材と、
前記第１平板と前記第３平板との間に配置され、前記第１平板および前記第３平板の外縁において対向し、中央に開口を有し、前記側壁に固定された第２遮蔽板と、
前記第３平板の外縁と前記側壁との間に形成された第３通気孔と、
前記第１平板と前記第２遮蔽板とが対向する領域に配置された第３弁体と、
前記第３平板と前記第２遮蔽板とが対向する領域に配置された第４弁体と、
を備え、
前記第３弁体と前記第４弁体との一方は、外縁側が可動な状態で中央側が固定され、他方は、中央側が可動な状態で外縁側が固定されており、
前記第１弁体と前記第３弁体とは、固定部分と可動部分との位置関係が逆である、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のポンプ。
前記第１平板または前記第２平板は、両主面に圧電素子が配置されている、
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のポンプ。
前記第１平板および前記第２平板は、圧電素子が配置されている、
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のポンプ。
前記第１平板、前記第２平板、および、前記第３平板の全てに圧電素子が配置されている、
請求項５に記載のポンプ。
前記第２平板の他方主面側に配置され、該他方主面に対向する一方主面を有する第４平板と、
前記第４平板の外縁と前記側壁とを支持する第４支持部材と、
前記第２平板と前記第４平板との間に配置され、前記第２平板および前記第４平板の外縁において対向し、さらに中央に開口を有し、前記側壁に固定された第３遮蔽板と、
前記第４平板の外縁と前記側壁との間に形成された第４通気孔と、
前記第２平板と前記第３遮蔽板とが対向する領域に配置された第５弁体と、
前記第４平板と前記第３遮蔽板とが対向する領域に配置された第６弁体と、
を備え、
前記第５弁体と前記第６弁体との一方は、外縁側が可動な状態で中央側が固定され、他方は、中央側が可動な状態で外縁側が固定されており、
前記第２弁体と前記第５弁体とは、固定部分と可動部分との位置関係が逆である、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のポンプ。
前記第４平板の外縁が、前記第４支持部材によって振動可能に支持されている、
請求項９に記載のポンプ。
前記第１支持部材および前記第２支持部材は、それぞれが屈曲部を有する複数の帯状部材からなり、
前記第１通気孔は、前記第１支持部材における複数の帯状部材の隙間によって形成されており、
前記第２通気孔は、前記第２支持部材における複数の帯状部材の隙間によって形成されている、
請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載のポンプ。
前記第１支持部材は、前記第１平板より薄い、請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載のポンプ。
前記第１支持部材は、前記第１平板よりヤング率の低い材料で構成されている、請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載のポンプ。